A simple vista, un fotón en un laboratorio de Cracovia no tendría nada que ver con otro perdido entre las nubes de Andrómeda. Pero según una investigación reciente, ambos podrían estar conectados de una forma tan profunda como inesperada. No por un rayo láser, ni por algún experimento exótico, sino por lo que son: partículas del mismo tipo. Esta aparente obviedad —ser idénticas— podría esconder una propiedad cuántica sorprendente, una fuente universal de correlaciones no locales, accesible sin necesidad de interacciones previas.
Un equipo de físicos teóricos de la Academia Polaca de Ciencias acaba de demostrar que la no localidad cuántica, una propiedad que Einstein consideraba inquietante, puede surgir simplemente del hecho de que las partículas son idénticas entre sí. El trabajo, publicado en npj Quantum Information, no se limita a una interpretación teórica, pues ofrece un criterio claro y experimentos viables para detectar este tipo de no localidad, incluso con medios ópticos simples como espejos y divisores de haz.
Una conexión más allá del espacio
En la física clásica, dos objetos que nunca han interactuado no deberían tener ningún tipo de relación entre ellos. Pero en la mecánica cuántica, las reglas cambian. Desde hace décadas sabemos que el entrelazamiento cuántico puede generar correlaciones entre partículas incluso cuando están separadas por grandes distancias. Este fenómeno ha sido verificado en múltiples experimentos, como las pruebas de las desigualdades de Bell, que descartan cualquier explicación puramente local.
Sin embargo, estas pruebas suelen requerir partículas distintas que hayan sido preparadas juntas. Lo que propone este nuevo trabajo es aún más radical: la mera identidad de las partículas podría generar esas correlaciones no locales, incluso sin que hayan estado en contacto antes. Tal como explican los autores, “el estado cuántico puede ser considerado un recurso genuinamente no local si es capaz de manifestar comportamiento no local en algún experimento óptico lineal pasivo”.
La idea desafía los límites de lo que consideramos "interacción". Aquí, las partículas no necesitan tocarse ni compartir una historia común. Lo que importa es su naturaleza compartida.
Entre fermiones y bosones: una cuestión de modo
El estudio se centra en partículas idénticas, como fotones (bosones) o electrones (fermiones), y analiza sus estados en configuraciones ópticas pasivas. En este tipo de sistemas —formados por espejos, divisores de haz y detectores— no se introducen nuevas interacciones cuánticas. Por tanto, cualquier correlación no local observada solo puede atribuirse al estado inicial de las partículas.
Uno de los resultados clave es la distinción entre estados de tipo monomodo y multimodo. Los primeros son aquellos en los que todas las partículas pueden reducirse a una única trayectoria o modo. Según los autores, “un estado es un recurso no local con respecto a óptica lineal pasiva si, y solo si, no es de tipo monomodo”.
Esto tiene consecuencias importantes: todos los estados fermiónicos con más de una partícula se comportan como recursos no locales, ya que el principio de exclusión de Pauli impide que estén en el mismo modo. En cambio, algunos estados bosónicos sí pueden ser locales si son reducibles a un solo modo, aunque se trata de una clase estrecha de excepciones.
Un experimento sin contacto: la prueba de Yurke-Stoler
Para demostrar estas ideas, los físicos polacos diseñaron esquemas experimentales basados en configuraciones simples. Una de las pruebas más relevantes es el test de Yurke-Stoler, que permite observar correlaciones no locales en sistemas de dos partículas y dos modos. En este diseño, las partículas nunca se encuentran físicamente, pero los resultados del experimento muestran violaciones de las desigualdades de Bell.
El protocolo incluye una fase de filtrado y, en algunos casos, técnicas como el borrado cuántico, que permite eliminar información que comprometería la observación del entrelazamiento. Lo interesante es que estas herramientas no requieren dispositivos complejos ni condiciones extremas: pueden implementarse en laboratorios de óptica convencionales.
Los autores también demostraron que, para cada estado que no sea monomodo, existe al menos un experimento óptico capaz de revelar su carácter no local. En cambio, para los estados reducibles a un solo modo, se puede construir un modelo de variables ocultas local que reproduce cualquier resultado experimental posible.
El papel central de la indistinguibilidad
Lo que da origen a este tipo de correlaciones no locales no es una propiedad exótica ni un artificio experimental. Es algo mucho más fundamental: la indistinguibilidad de las partículas cuánticas. En el nivel más básico, la mecánica cuántica no permite etiquetar o distinguir entre partículas del mismo tipo. Esta simetría o antisimetría en sus funciones de onda es lo que obliga a tratarlas como entidades colectivas.
Como explica el artículo, “la indistinguibilidad también difumina el concepto mismo de entrelazamiento”. Ya no se trata de que dos partículas estén "enrtrelazadas" porque compartieron un origen, sino porque no hay forma física de decir cuál es cuál.
Esta visión tiene implicaciones de gran alcance. Si el entrelazamiento puede surgir de la pura identidad, entonces el universo mismo podría estar lleno de conexiones ocultas entre partículas que jamás se han tocado. Un tipo de red subyacente tejida por la naturaleza cuántica de la materia.
Más que un efecto curioso
El trabajo de los investigadores no solo plantea una pregunta filosófica sobre la realidad, sino que tiene aplicaciones concretas. En tecnologías cuánticas, saber qué tipos de estados pueden generar correlaciones no locales sin interacción previa puede simplificar el diseño de sistemas de comunicación y procesamiento cuántico.
Además, la metodología empleada —experimentos ópticos pasivos— es accesible y reproducible, lo que abre la puerta a nuevas formas de probar teorías cuánticas fundamentales con medios modestos. El hallazgo también ofrece una forma experimental clara para clasificar los estados cuánticos según su capacidad no local, una herramienta valiosa para físicos e ingenieros cuánticos por igual.
Tal como concluyen los autores, “las partículas idénticas pueden ser consideradas un recurso no local genuino, con respecto a óptica lineal pasiva, si y solo si no provienen de un único modo”. Una afirmación que, en su sencillez, encierra una de las intuiciones más profundas de la mecánica cuántica.
Referencias
- Pawel Blasiak, Marcin Markiewicz. Identical particles as a genuine non-local resource. npj Quantum Information. 2025. https://doi.org/10.1038/s41534-025-01086-x.
