La física cuántica suele parecer un mundo ajeno a la vida cotidiana, repleto de ecuaciones inabarcables y fenómenos que desafían el sentido común. Sin embargo, un reciente experimento ha logrado demostrar la ventaja cuántica en un contexto sorprendentemente sencillo: un juego de cooperación. En un estudio publicado en Physical Review Letters, investigadores de la Universidad de Oxford y la Universidad de Sevilla (Adan Cabello Quintero) han probado que dos jugadores pueden mejorar sus probabilidades de ganar un juego al compartir un estado cuántico entrelazado.
Este experimento representa un avance clave porque, aunque se ha hablado mucho sobre la supremacía cuántica, las pruebas concluyentes de su superioridad en tareas concretas aún son escasas. Ahora, al aplicar el entrelazamiento cuántico a un desafío accesible, los científicos han logrado una demostración clara y sin ambigüedades. El resultado es un hito en la física cuántica y en la comprensión de su aplicabilidad fuera del ámbito puramente teórico.
Nota sobre la terminología: ¿Qué es el “juego de ciclos impares”?
El experimento se basa en un juego conocido en inglés como odd-cycle game. No existe una traducción estandarizada en español, pero en este artículo utilizaremos el término “juego de ciclos impares” para referirnos a él. Aunque la mayoría de la literatura científica lo menciona en inglés, esta adaptación permitirá una lectura más fluida sin perder precisión.
Recordemos: ¿qué es el entrelazamiento cuántico y por qué es importante?
El entrelazamiento cuántico es uno de los fenómenos más enigmáticos de la mecánica cuántica. Ocurre cuando dos partículas quedan vinculadas de tal forma que el estado de una afecta instantáneamente al estado de la otra, sin importar la distancia entre ellas. Hay quien la ha llamado “acción fantasmal a distancia”, porque parecía desafiar la lógica clásica.
Este fenómeno es crucial en el desarrollo de tecnologías cuánticas, ya que permite la creación de redes de comunicación ultra seguras, computadoras más potentes y experimentos físicos imposibles de realizar con medios clásicos. Sin embargo, demostrar que el entrelazamiento ofrece ventajas prácticas ha sido un desafío persistente para los investigadores.
El juego de ciclos impares: un problema simple con solución cuántica
El juego de ciclos impares es un juego de cooperación en el que dos jugadores deben asignar colores a las posiciones de un círculo con un número impar de asientos. Las reglas son sencillas:
- Si ambos jugadores reciben la misma posición, deben asignarle el mismo color.
- Si reciben posiciones adyacentes, deben asignar colores diferentes.
- No pueden comunicarse entre sí durante la partida.
Este problema es interesante porque, en la versión clásica del juego, los jugadores solo pueden ganar en un máximo del 75% de las rondas. Sin embargo, cuando utilizan una estrategia basada en entrelazamiento cuántico, las probabilidades de éxito aumentan de forma significativa.
El juego fue formulado en 2004 por Richard Cleve, Peter Høyer, Ben Toner y John Watrous, en un artículo titulado “Consequences and Limits of Nonlocal Strategies”, presentado en la 19th IEEE Annual Conference on Computational Complexity. Desde entonces, ha sido un referente en el estudio de la ventaja cuántica en juegos no locales.
El experimento: probando la ventaja cuántica
Para demostrar la superioridad de la estrategia cuántica, los científicos utilizaron átomos de estroncio atrapados en trampas de iones, separados por 2 metros. Antes de cada partida, los jugadores recibían un estado cuántico entrelazado, lo que les permitía establecer correlaciones imposibles en un sistema clásico.
El resultado fue claro:
- La mejor estrategia clásica permitía ganar en un 75% de las rondas.
- Con la estrategia cuántica, los jugadores superaron este límite con una ventaja estadística de 26 sigmas, lo que equivale a una confirmación extremadamente sólida del efecto cuántico.
- Se alcanzó el 97,8% del límite teórico de la probabilidad cuántica máxima.
Los investigadores destacan que que esta es la primera vez que la ventaja cuántica se muestra y explica de manera tangible y accesible para una audiencia no especializada.
Alice y Bob ponen a prueba la física cuántica
Para demostrar la ventaja cuántica, los investigadores usaron átomos de estroncio atrapados en trampas de iones, representando a los jugadores Alice y Bob. Antes de cada partida del juego de ciclos impares, sus iones eran entrelazados fotónicamente mediante un proceso de intercambio cuántico.
Durante el juego, un árbitro les asignaba preguntas sin permitirles comunicarse. Sus respuestas se basaban en mediciones cuánticas optimizadas, realizadas en sus respectivos iones con rotaciones de qubits calculadas previamente. Gracias al entrelazamiento, lograron superar la mejor estrategia clásica posible, alcanzando un éxit, como se ha dicho, del 97,8% del límite cuántico teórico.
Implicaciones para la computación y la comunicación cuántica
El éxito de este experimento tiene repercusiones que van mucho más allá del propio juego. El hecho de que el entrelazamiento cuántico haya demostrado una ventaja tangible en una tarea bien definida refuerza su potencial en la computación y la comunicación cuántica.
Por un lado, la computación cuántica podría beneficiarse de estos principios para optimizar algoritmos y resolver problemas complejos con mayor eficiencia que cualquier computadora clásica. Por otro, las redes de comunicación cuántica podrían aprovechar el entrelazamiento para transmitir información de manera más segura e inmune a la interceptación.
El estudio señala que este resultado abre la puerta a la exploración de otros juegos no locales en los que el entrelazamiento podría proporcionar aún mayores ventajas. Los autores afirman que es posible implementar diferentes juegos cuánticos, como el Magic Square game, donde un equipo con recursos cuánticos puede ganar siempre, mientras que uno sin ellos no puede.
¿Es este el primer paso hacia una revolución cuántica?
Aunque este experimento representa un gran avance, la supremacía cuántica aún enfrenta desafíos importantes. Uno de los principales es la escalabilidad: si bien el experimento ha demostrado una ventaja en un sistema controlado, falta demostrar que estas ventajas pueden mantenerse en sistemas más grandes y complejos.
Si futuras investigaciones logran escalar estos principios a sistemas más grandes, podríamos estar ante el comienzo de una nueva era en la computación y la comunicación, donde las estrategias cuánticas superen a las clásicas de manera generalizada.
Referencias
- . Drmota, D. Main, E. M. Ainley, A. Agrawal, G. Araneda, D. P. Nadlinger, B. C. Nichol, R. Srinivas, A. Cabello y D. M. Lucas. Experimental Quantum Advantage in the Odd-Cycle Game. Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.070201.
- R. Cleve, P. Høyer, B. Toner y J. Watrous. Consequences and Limits of Nonlocal Strategies.19th IEEE Annual Conference on Computational Complexity (2004). DOI: 10.1109/CCC.2004.1313847.
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