Un equipo de físicos de la Universida Técnica de Dinamarca ha conseguido demostrar experimentalmente el llamado “paradigma cuántico más simple” empleando pulsos de luz en un espacio de 37 dimensiones. El resultado, publicado recientemente, confirma que la naturaleza exhibe comportamientos que no pueden explicarse mediante la lógica clásica, reforzando así la base experimental de la mecánica cuántica. El experimento se centra en la paradoja de Hardy, una formulación minimalista que muestra la incompatibilidad entre el realismo local y las predicciones cuánticas. Mediante un control extremadamente preciso de pulsos de luz y la manipulación de estados en múltiples dimensiones, los investigadores no solo verificaron esta paradoja, sino que lo hicieron con una fidelidad experimental sin precedentes. El logro abre la puerta a nuevas aplicaciones en computación cuántica fotónica, criptografía avanzada y simulaciones de sistemas imposibles de modelar con métodos clásicos.

La paradoja más simple: un reto conceptual

En 1992, el físico Lucien Hardy planteó una de las formulaciones más sencillas para evidenciar la extrañeza de la mecánica cuántica. En términos clásicos, dos partículas que interactúan de cierta manera nunca deberían producir un resultado simultáneo en condiciones específicas. Sin embargo, la teoría cuántica predice que, en un número pequeño pero no nulo de casos, ese resultado sí puede aparecer. Esta discrepancia recibe el nombre de paradoja de Hardy, considerada la versión más económica de una prueba de no-localidad.

Lo interesante es que la paradoja no se apoya en desigualdades como la de Bell, sino que muestra directamente cómo una predicción cuántica contradice la lógica clásica. Se trata de un fenómeno que, según el formalismo matemático, ocurre con una probabilidad del orden del 9 %, lo suficiente para que pueda observarse experimentalmente si se controla con precisión el sistema.

Un experimento con 37 dimensiones

El reciente trabajo publicado en Science Advances utilizó pulsos de luz modulados para generar estados cuánticos en un espacio de 37 dimensiones. Para entender la magnitud del logro conviene recordar que la mayoría de pruebas de este tipo suelen realizarse en sistemas de dos o tres dimensiones (qubits o qutrits). Aquí, los investigadores fueron capaces de manejar una base de estados mucho más amplia, lo que incrementa exponencialmente la complejidad del sistema.

Desde un punto de vista técnico, la luz se preparó en superposiciones espaciales y temporales, controladas con moduladores de fase y detectores de alta resolución. Esto permitió implementar interacciones análogas a las descritas en la paradoja de Hardy. Los resultados mostraron que, incluso en este espacio hiperdimensional, la predicción cuántica se verificaba con fidelidades superiores al 96 % en varios de los estados medidos.

Implicaciones para la computación cuántica

El uso de sistemas fotónicos hiperdimensionales resulta especialmente relevante para la computación y la transmisión segura de información. Un estado cuántico en 37 dimensiones equivale, en capacidad de codificación, a más de 5 qubits clásicos en paralelo. Aunque la equivalencia no es directa, esto significa que la densidad de información por partícula es mucho mayor.

En términos técnicos, trabajar con qudits (sistemas cuánticos de dimensión d) permite reducir el número de partículas necesarias para ciertos algoritmos y mejorar la tolerancia frente a errores. La demostración experimental de fenómenos no-clásicos en qudits de dimensión 37 no es solo un resultado conceptual: allana el camino para arquitecturas fotónicas que puedan escalar en complejidad y robustez.

Contexto histórico y filosófico

La paradoja de Hardy se ha descrito como “la prueba de imposibilidad más elegante” en mecánica cuántica. Frente a las desigualdades de Bell, que requieren muchas repeticiones y análisis estadístico, Hardy propuso un escenario donde basta con observar un resultado imposible de explicar clásicamente. El hecho de que ahora pueda demostrarse en dimensiones elevadas añade un nuevo capítulo a la larga tradición de experimentos que validan la coherencia interna de la teoría cuántica.

Este tipo de hallazgos también alimenta el debate filosófico sobre la realidad. La contradicción entre realismo local y las predicciones cuánticas sugiere que no podemos describir la naturaleza como un conjunto de entidades con propiedades bien definidas independientes de la observación. En otras palabras, lo que se mide depende inevitablemente del contexto experimental.

Centrándonos en el producto principal: el experimento fotónico

El núcleo del trabajo reside en la manipulación precisa de pulsos de luz. El equipo diseñó un sistema de óptica lineal capaz de dividir, recombinar y modular estados con un control temporal del orden de los picosegundos. Este nivel de precisión resulta imprescindible para mantener la coherencia cuántica en espacios de alta dimensionalidad.

El hecho de alcanzar 37 dimensiones marca un hito, ya que la mayoría de implementaciones anteriores no superaban las 10 o 12 dimensiones. La infraestructura experimental, basada en interferómetros estables y detectores de conteo único de fotones, garantizó la repetibilidad de los resultados y redujo el ruido. El logro se interpreta como una demostración robusta de la paradoja de Hardy en uno de los sistemas más complejos probados hasta la fecha.

Perspectivas de futuro

A corto plazo, este tipo de experimentos puede trasladarse a protocolos de criptografía cuántica hiperdimensional, donde la seguridad se incrementa porque un potencial intruso tendría que resolver problemas mucho más complejos. A medio plazo, la capacidad de manipular estados de luz en decenas de dimensiones podría integrarse en chips fotónicos de silicio, lo que haría posible construir procesadores cuánticos escalables.

De manera más ambiciosa, estas demostraciones sirven como banco de pruebas para entender mejor los fundamentos de la física. En un mundo donde la mecánica cuántica se emplea cada vez más en aplicaciones tecnológicas, recordar que sus predicciones siguen desafiando la lógica clásica es un recordatorio de que aún estamos explorando solo la superficie de sus posibilidades.

Reflexiones adicionales

El experimento con 37 dimensiones constituye un avance técnico y conceptual que refuerza la confianza en la teoría cuántica. No solo se trata de comprobar predicciones, sino de ampliar el rango de condiciones en las que pueden observarse fenómenos contraintuitivos. El uso de luz como sistema físico vuelve a demostrar que la fotónica es un terreno fértil para el desarrollo de tecnologías cuánticas aplicadas.

Si bien este logro se sitúa en el terreno de la investigación fundamental, sus aplicaciones potenciales en seguridad de datos, comunicaciones y computación lo convierten en un hito con impacto a medio y largo plazo.