La naturaleza metafísica del entrelazamiento cuántico es un tema que ha llamado la atención de los filósofos de la física durante las últimas décadas. El entrelazamiento se ha caracterizado como una relación que no superviene sobre propiedades no relacionales de sus relata. Además, el entrelazamiento se ha invocado para apoyar algunas propuestas metafísicas innovadoras, actualmente establecidas en la metafísica de la ciencia, como el estructuralismo, el monismo y, más recientemente, el coherentismo. En este artículo, se defiende una visión no reduccionista respecto a las relaciones internas. Para esto, se hace uso del análisis que Fine realiza de las proposiciones que involucran propiedades esenciales. Asumiendo que el entrelazamiento cuántico es un fenómeno generalizado, se argumenta que es preferible considerar al entrelazamiento cuántico como una relación interna, en el sentido de relación esencial. El entrelazamiento así considerado puede adaptarse a distintos marcos metafísicos: (1) como una relación interna fundamental se ajusta al estructuralismo; (2) como una relación interna derivada se ajusta al monismo; (3) como una relación de dependencia se ajusta al coherentismo.
La naturaleza metafísica del entrelazamiento cuántico es un tema que ha llamado la atención de los filósofos de la física durante las últimas décadas. El entrelazamiento se ha caracterizado como una relación que no superviene sobre propiedades no relacionales de sus relata. Además, el entrelazamiento se ha invocado para apoyar algunas propuestas metafísicas innovadoras, actualmente establecidas en la metafísica de la ciencia, como el estructuralismo, el monismo y, más recientemente, el coherentismo. En este artículo, se defiende una visión no reduccionista respecto a las relaciones internas. Para esto, se hace uso del análisis que Fine realiza de las proposiciones que involucran propiedades esenciales. Asumiendo que el entrelazamiento cuántico es un fenómeno generalizado, se argumenta que es preferible considerar al entrelazamiento cuántico como una relación interna, en el sentido de relación esencial. El entrelazamiento así considerado puede adaptarse a distintos marcos metafísicos: (1) como una relación interna fundamental se ajusta al estructuralismo; (2) como una relación interna derivada se ajusta al monismo; (3) como una relación de dependencia se ajusta al coherentismo.
Desde el descubrimiento en 1935 del fenómeno del entrelazamiento cuántico, se han generado interrogantes y postulados que están sin resolver, pero que han desmantelado las bases de la física clásica. Tomando como base el comportamiento recíproco de determinadas partículas, independientemente de su distancia, se asume la existencia de un estado con una competencia de onda única para todo el sistema, lo que obliga a aceptar nuevos conceptos como la no localidad y la no separabilidad. En la actualidad son cada vez más los creadores que desde diferentes soportes y medios se han acercado al análisis del entrelazamiento como una nueva fuente de inspiración e investigación artística. De hecho, se plantea la plataforma artística como un recurso para divulgar este fenómeno, junto con sus teorías y misterios, familiarizando al espectador con una de las manifestaciones más definitorias para el progreso de la humanidad.
En este trabajo de tesis se apunta a desarrollar herramientas que posibiliten la descripción de sistemas físicos de interés en información cuántica. El marco teórico de las investigaciones está dado por la teoría de la información, la mecánica cuántica y la geometría diferencial. Las investigaciones propuestas están principalmente vinculadas al interés en la naturaleza de los objetos y procesos coherentes en física, en particular focalizado en la noción de coherencia cuántica. La coherencia cuántica en sistema de muchos cuerpos representa la esencia del entrelazamiento y es un ingrediente indispensable para una multitud de fenómenos físicos en óptica cuántica, información cuántica, física de estado sólido y termodinámica a bajas temperaturas. Los estados entrelazados y el fenómeno de coherencia juegan un rol central en las ciencias de la información cuántica, cuyo desarrollo en los últimos años ha alcanzado gran relevancia a nivel global y constituye uno de los temas prioritarios de estudio en centros de investigación destacados de todo el mundo. En escenarios realistas, tales como sistemas cuánticos abiertos, la coherencia es afectada por el ruido ambiente, de acuerdo al fenómeno de decoherencia; la descripción de procesos físicos de decoherencia es un área de estudio muy activa. Para el estudio de procesos coherentes en sistemas cuánticos resulta fundamental contar con medidas apropiadas que permitan cuantificar el grado de coherencia. Se han establecido algunas propiedades que tales medidas deberían satisfacer, notando que la caracterización cuantitativa de coherencia necesita aún atención y un análisis más exhaustivo y amplio. Los objetivos específicos son explorar cuantificadores alternativos de coherencia utilizando medidas de información, lograr caracterizarla en el marco de la teoría de recursos mediante la propiedad de mayorización y avanzar sobre formulaciones geométricas y entrópicas del principio de incerteza desarrolladas por el grupo, estudiando su conexión con la coherencia cuántica.
En esta tesis se consideran problemas matematicos relacionados con dos de los fenomenos mas caracteristicos y significativos de la Mecanica Cuantica: el principio de incertidumbre de Heisenberg y el entrelazamiento. El hilo conductor lo constituyen las medidas matematicas de la incertidumbre asociada a distribuciones de probabilidad, que por un lado son indispensables para formular matematicamente este principio y cuantificar la incertidumbre asociada a los distintos sistemas cuanticos y por otro lado proporcionan una herramienta util para la caracterizacion del escurridizo fenomeno del entrelazamiento, paradigma central tanto dentro de los fundamentos de la Mecanica Cuantica como en las sorprendentes aplicaciones de la Teoria de la Informacion Cuantica. En esta memoria los dos primeros capitulos se han escrito a modo de introduccion y los siguientes contienen nuestras aportaciones originales a estos problemas. En el primer capitulo presentamos como se construyen de una forma rigurosa desde un punto de vista matematico medidas de la incertidumbre y mostramos como la entropia de Shannon ocupa un lugar preferente entre ellas. En el segundo, despues de introducir los postulados y la estructura matematica basica de la Mecanica Cuantica, analizamos en detalle el principio de incertidumbre y repasamos las distintas relaciones de incertidumbre desarrolladas hasta la fecha, asi como las argumentaciones que hacen a las relaciones de incertidumbre entropicas la formulacion mas rigurosa del principio. En este capitulo se analizara tambien el fenomeno del entrelazamiento, su significado y relevancia. Aunque el problema de su caracterizacion sigue abierto (problema de la separabilidad), se presentaran los criterios previos mas relevantes para su identificacion y se mostrara que las relaciones de incertidumbre juegan un papel util en esta tarea. Por ultimo, se dara una brevisima introduccion a la teoria de las medidas de entrelazamiento y su conexion con las medidas de incertidumbre. En el capitulo 3 se abordara el problema del calculo de entropias de polinomios ortogonales, directamente relacionado con la expresion de la incertidumbre en sistemas atomicos y moleculares; se utilizaran principalmente tecnicas analiticas, en particular de la teoria de funciones especiales. El capitulo 4 se relaciona con la derivacion de desigualdades optimas para la formulacion de relaciones de incertidumbre entropicas, apoyandonos sobre todo en tecnicas de optimizacion. A continuacion nos centraremos en el entrelazamiento y el problema de la separabilidad, para lo que principalmente utilizaremos algebra lineal y analisis matricial. En el capitulo 5 se estudiara este problema utilizando una formulacion particular del principio de incertidumbre. En el capitulo 6, motivados por la estructura interna de las condiciones de separabilidad expresadas a traves de relaciones de incertidumbre, obtendremos condiciones para la presencia de entrelazamiento a traves de medidas de la correlacion. Por ultimo, en el capitulo 7 estudiaremos como utilizar las condiciones del apartado anterior y las basadas en relaciones de incertidumbre para poder obtener informacion no solo cualitativa sino tambien cuantitativa acerca del entrelazamiento.
El entrelazamiento es una de las caracteristicas mas notables de la mecanica cuantica. Esta propiedad holisitica presente en los sistemas compuestos ha demostrado ser un recurso fundamental para complementar comunicaciones clasicas y desarrollar protocolos tales como la teleportacion y criptografia cuantica. En esta monografia, nos dedicamos a investigar el entrelazamiento desde un punto de vista geometrico. Usando herramientas de la geometria diferencial (grupos de Lie, fibrados de Hopf, etc) estudiamos el espacio de estados cuanticos de un sistema de dos Qubits puros. Damos una clasificacion topologica completa de las distintas subvariedades con entrelazamiento fijo conocidas como isoconcurrencias. Demostramos que estas isoconcurrencias poseen una estructura de fibrado y argumentamos que el entrelazamiento entre dos qubits puede interpretarse como una obstruccion topologica que impide que las isoconcurrencias entrelazadas sean productos cartesianos. Este texto es accesible a cualquier lector con un nivel de pregrado en fisica o matematicas. Se incluyo una introduccion basica en geometria diferencial y mecanica cuantica con el proposito de hacer este libro autocontenido.
Desde hace mas de tres cuartos de siglo, sabemos que la naturaleza esta regida por las leyes que determina una teoria fisica en muchos aspectos paradojica y contraintuitiva: la fisica cuantica. Sin apenas matematicas, situando aquello que se trata en un contexto historico, y utilizando unas atractivas ilustraciones que destacan las principales ideas que aparecen en el, este libro, La realidad cuantica, presenta los fundamentos de la mecanica cuantica. Su objetivo primero es explicar los desconcertantes conceptos de superposicion, colapso y entrelazamiento, que sostienen el edificio cuantico. Recurriendo a experimentos, los autores, dos destacados investigadores en esa rama de la fisica, van desvelando, de un modo intuitivo, esos conceptos, explicando, asimismo, resultados fundamentales como los producidos por John Bell, que precipitaron la caida del mundo determinista defendido por Einstein. Una vez establecida esa base teorico-experimental, y siguiendo el mismo procedimiento intuitivo, los autores presentan las modernas aplicaciones de esos conceptos cuantico: teleportacion, criptografia y ordenadores cuanticos. Todas ellas se enmarcan en la Teoria de la Informacion Cuantica, una disciplina tras la que se esconden importantes interrogantes que tambien se tratan aqui, tales como si la informacion es suficiente para interpretar correctamente la mecanica cuantica, o si el mundo se explicaria, en ultimo termino, como informacion.
en el presente artículo se presenta una reflexión en torno a los conceptos de estado y principio de superposición desde el contexto clásico y cuántico. Se resaltan las estrategias y nociones que utilizan los pensadores para la explicación de los fenómenos a nivel atómico; explicación que esta soportada por una formalización que el sujeto hace y por una imagen como soporte de su elaboración. Además, el proceso de formalización se caracteriza por la construcción de relaciones que dan cuenta del sistema. En este sentido, se dan ejemplos que permiten conceptualizar la noción de estado y el principio de superposición dentro de los dos contextos ya que estos juegan un papel fundamental en el formalismo de toda teoría física. El abordar este análisis permite aportar elementos para la enseñanza de la mecánica cuántica en ingeniería dando la posibilidad de desarrollar una práctica pedagógica y didáctica diferente a la usual.