Astronomía

¿Puede el entrelazamiento cuántico provocar la nucleosíntesis en las estrellas?

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Incluso si no hay suficiente calor y energía en la estrella para causar la nucleosíntesis, ¿podrían los átomos entrelazarse cuánticamente para crear un nuevo núcleo atómico? ¿O sería un túnel cuántico, si es posible?


Se refiere a las reacciones pyconucleares: son reacciones que se inician incluso cuando la temperatura es efectivamente cero. Son causadas por oscilaciones de punto cero de partículas que están atrapadas en un pozo de potencial profundo y, por lo tanto, son un efecto puramente mecánico cuántico.

Esto está lejos de ser un interés teórico. Puede ser que se produzcan reacciones piconucleares en la materia condensada de las enanas blancas; posiblemente incluso iniciando la quema de carbono que puede destruir la estrella en una supernova de tipo Ia.


Creo que te refieres a los túneles cuánticos. Bueno, el túnel cuántico es realmente esencial en la nucleosíntesis de las estrellas. Por lo general, la formación de túneles cuánticos es una ocurrencia muy rara, pero en un cuerpo tan grande como el Sol (cuyo diámetro es de 4 segundos luz de largo), es probable que suceda con bastante frecuencia. Esto es lo que principalmente permite que los núcleos atómicos choquen.


Péndulo Galileo & # 039s

Ningún tema de la física cuántica ha inspirado tanta confusión, frustración y creatividad experimental como el entrelazamiento. Ciertamente se han escrito y hablado más tonterías sobre el entrelazamiento que cualquier otro concepto, incluso los físicos que lo entienden luchan por explicárselo a los demás y, a menudo, lo arruinan. E incluso si lo entiendes bastante bien (como me gusta pensar que hago), puede parecer profundamente perturbador. Yo diría que si no le molesta en algún nivel, no lo ha pensado detenidamente.

En términos generales, el entrelazamiento implica los siguientes pasos:

  1. Se prepara cuidadosamente un único sistema cuántico y luego se divide en dos. El ejemplo práctico (que detallaré a continuación) es crear dos fotones a partir de una sola fuente con polarizaciones opuestas pero indeterminadas. (Consulte las publicaciones anteriores de esta serie para obtener más información sobre la polarización).
  2. Debido a que los dos nuevos sistemas están correlacionados, sus propiedades no son independientes: si la polarización de un fotón es vertical, entonces el otro debe estar polarizado verticalmente. Sin embargo, no hay forma de saber cuál tiene qué polarización sin medir: es indeterminada y, como es habitual en la física cuántica, lo mejor que podemos hacer es asignar probabilidades a cada resultado posible de una medición.
  3. Si mide la polarización de uno de esos fotones (usando un filtro de polarización y viendo si pasa), se puede predecir cualquier medida de polarización en el otro fotón, sin importar qué tan lejos hayan viajado los fotones. Por lo tanto, si usa un filtro horizontal en el primer fotón y pasa, entonces el segundo fotón no pasará por un filtro horizontal, porque debe estar polarizado verticalmente.

Así que aquí & # 8217s el problema: la primera medición no causa cualquier cosa que suceda con el segundo sistema: no pueden estar en comunicación de ninguna manera, porque la distancia entre ellos es arbitraria. En otras palabras, podrían estar separados por varios pársecs sin cambiar el resultado, por lo que si realmente estuvieran pasando información, eso sería una violación de la relatividad. (Aunque las distancias a escala de pársec no son prácticas, los experimentos reales han verificado el entrelazamiento a través de un lago y entre islas). Como resultado, no puede enviar señales más rápido que la luz usando el entrelazamiento: la única forma en que podría comunicarse es si tuviera dos grupos de investigadores que acordaron de antemano cuál sería la configuración de sus instrumentos antes de separarse, no habría nueva información disponible, ya que verdadero la comunicación tiene lugar a la velocidad de la luz o más lenta, incluso antes de que se realicen las mediciones. Incluso hay un resultado teórico que muestra que la transferencia de información más rápida que la luz no puede ocurrir sin permitir que otras cosas violen la relatividad, lo que sabemos que no es así.

Algo más debe estar sucediendo, entonces: o las cosas son realmente indeterminadas y no locales (lo que significa que el sistema cuántico no & # 8217t depende de dónde se realicen las mediciones), o hay una & # 8220 variable oculta & # 8221 (que puede involucrar una fluctuación aleatoria) que conecta los dos sistemas remotos que determinan cuál debe ser el resultado de cada medición, o incluso otra idea que quizás no conozca. La primera explicación general es de la interpretación estándar & # 8220Copenhague & # 8221 de la teoría cuántica: dice que no hay que preocuparse por que las cosas no sean locales, siempre que no se transfiera información. La interpretación de Copenhague declara: no existe una realidad independiente más allá de nuestras medidas, por lo que todo lo que necesitamos es la probabilidad de un resultado particular. Otras explicaciones están plagadas de dificultades: solo implican interpretación y, por lo tanto, no están sujetas a pruebas experimentales, o son difíciles de distinguir de la interpretación de Copenhague, o predicen cosas que simplemente no son así.

Digresión histórica

El primer artículo para tratar de lidiar con el entrelazamiento cuántico provino de Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen, por lo que se conoce como el Papel EPR. (Aunque el experimento mental & # 8220Schrödinger & # 8217s cat & # 8221 es más conocido, se trata principalmente de un problema separado con la interpretación de la mecánica cuántica: la interacción entre un sistema microscópico dictado por procesos cuánticos y un gato macroscópico, así que creo que ... # 8217 no es muy útil para entender el entrelazamiento en sí.) El artículo de EPR, publicado en 1935, se titula & # 8220 ¿Puede la descripción mecánica cuántica de la realidad física ser considerada completa? & # 8221 siempre que un titular pregunta & # 8220 sí o no & # 8221 pregunta, los autores esperan que la respuesta sea & # 8220no & # 8221, y este artículo no es diferente. Einstein y sus coautores concluyen que la interpretación estándar de la mecánica cuántica debe ser incorrecta.

Aunque lo he leído varias veces y todavía lo encuentro fascinante, no voy a explicar el artículo original de EPR en detalle: el experimento que proponen es eminentemente impráctico, por no mencionar un poco complicado de discutir. No creo que nadie haya propuesto nunca llevarlo a cabo, por lo que casi todas las discusiones sobre el enredo después de EPR se basan en artículos posteriores de David Bohm y Yakir Aharonov (los mismos tipos que el efecto Aharanov-Bohm) y especialmente John S. Bell . La mayoría de los experimentos modernos asumen que el entrelazamiento es correcto y usan las predicciones de la teoría cuántica para interpretar sus resultados, o prueban una de las desigualdades de Bell, que son un conjunto de relaciones matemáticas que predicen cómo la física cuántica se diferenciaría de una clase de modelos alternativos que involucran variables ocultas. . Para obtener más información sobre la investigación de Bell & # 8217, consulte la excelente explicación de Aatish Batia & # 8217 en Cableado.

Enredo en acción

Thunderdome inverso: entra un fotón y salen dos. Las dos imágenes superiores son un esquema de un láser que brilla sobre un cristal, que luego emite dos. Las dos imágenes inferiores son un esquema de la transición cuántica interna de un electrón dentro del cristal. Los dos nuevos fotones tienen polarizaciones correlacionadas: están entrelazados.

El ejemplo que describo aquí es una versión simplificada de un tipo común. (Vea uno de mis artículos anteriores para una discusión más detallada de un experimento de entrelazamiento de ocho fotones). En estos experimentos, los investigadores envían fotones individuales desde un láser a un tipo especial de cristal. El fotón único excita el cristal a un estado de mayor energía, pero cuando se desintegra, emite dos fotones.

La polarización es (entre otras cosas) una medida del giro del fotón: su estado de rotación independiente de su movimiento. El giro se conserva, por lo que la cantidad total de giro que lleva el fotón original al cristal debe ser igual al giro de los dos fotones emitidos después. Eso significa que los fotones emitidos tienen polarización correlacionada: si uno está polarizado horizontalmente, el otro debe ser vertical. Sin embargo, ¡la polarización específica de cualquiera de esos fotones es indeterminada! Solo sabemos que están correlacionados.

Esquema del experimento de entrelazamiento.

Los nuevos fotones se envían por diferentes caminos, que pueden ser muy largos, para que no se manipulen en el camino. Al final de cada camino, los fotones se encuentran con algún tipo de filtro que mide su polarización con respecto a la orientación del filtro. La polarización puede ser cualquier ángulo siempre que sea perpendicular al camino que sigue el fotón, por lo que los experimentadores tienen mucha libertad en la elección del filtro. John Bell propuso cambiar las orientaciones de los filtros mientras los fotones están en tránsito, para descartar cambios dinámicos en las propiedades de los fotones (así como para descartar cualquier idea tonta sobre la comunicación de fotones o la telepatía). Para estar aún más seguros, un trío de físicos propuso usar la luz de los quásares para establecer la orientación de los filtros, lo que elimina efectos aún más sutiles.

Una variedad de experimentos que comenzaron a principios de la década de 1980 demostraron que los fotones y las polarizaciones # 8217 están correlacionados aunque no pueden interactuar directamente en el momento de la medición. Estos experimentos utilizan una variedad de orientaciones de filtro, incluidas configuraciones aleatorias, cambiar los filtros a medida que el experimento está en progreso para evitar comunicaciones ocultas y otros métodos complicados, todo para demostrar que el entrelazamiento es real. Experimentos posteriores han entrelazado más de dos fotones, pero el principio sigue siendo el mismo: que los fotones fueran originalmente parte de un solo sistema significa que los resultados de las mediciones en uno no son independientes de las mediciones en los otros.

Al igual que en el caso de los experimentos de polarización ordinarios, las mediciones de fotones individuales (o más bien pares individuales) no nos permiten reconstruir todo lo que necesitamos saber. Debemos repetir el experimento para muchos pares de fotones entrelazados para reconstruir todas las probabilidades y demostrar que los dos fotones no son independientes entre sí. Sin embargo, los resultados son claros: no importa qué tan separados estén los filtros de polarización, los dos fotones se comportan como dos partes de un solo sistema.

Ahora hay muchos detalles que no he incluido. Los experimentos de entrelazamiento son complicados, porque varias cosas pueden estropearlos. Los fotones individuales se pierden con mucha facilidad o se ven afectados por influencias ambientales aleatorias, que llevan el nombre técnico & # 8220decoherence & # 8221. (¿Quizás la próxima entrada de esta serie debería ser sobre decoherencia?) El entrelazamiento de partículas de materia ha demostrado ser aún más difícil. Sin embargo, cada experimento apoya la realidad del entrelazamiento, dejándonos con la tarea a veces incómoda de tratar de comprender lo que realmente está sucediendo.

[Mientras continúo luchando contra los plazos, y me dirijo a ScienceOnline 2014 esta semana, su publicación es una versión muy modificada y actualizada de una publicación anterior].


¿Puede el entrelazamiento cuántico provocar la nucleosíntesis en las estrellas? - Astronomía

La línea de la canción dice "Twinkle twinkle little star". ¿Cuál es la causa del "parpadeo" de las estrellas? ¿La luz de los planetas "centellea" como la luz de las estrellas?

Un joven que conozco me hizo esta pregunta y no tuve una buena respuesta.

Las estrellas brillan debido a las turbulencias en la atmósfera de la Tierra. A medida que la atmósfera se agita, la luz de la estrella se refracta en diferentes direcciones. Esto hace que la imagen de la estrella cambie ligeramente en brillo y posición, por lo tanto, "centellea". Esta es una de las razones por las que el telescopio Hubble tiene tanto éxito: en el espacio, no hay atmósfera que haga brillar las estrellas, lo que permite obtener una imagen mucho mejor.

Los planetas no brillan como lo hacen las estrellas. De hecho, esta es una buena forma de averiguar si un objeto particular que ves en el cielo es un planeta o una estrella. La razón es que las estrellas están tan lejos que son esencialmente puntos de luz en el cielo, mientras que los planetas en realidad tienen un tamaño finito. El tamaño de un planeta en el cielo en cierto sentido "promedia" los efectos turbulentos de la atmósfera, presentando una imagen relativamente estable a la vista.

Esta página se actualizó el 27 de junio de 2015

Sobre el Autor

Dave Kornreich

Dave fue el fundador de Ask an Astronomer. Obtuvo su doctorado en Cornell en 2001 y ahora es profesor asistente en el Departamento de Física y Ciencias Físicas de la Universidad Estatal de Humboldt en California. Allí dirige su propia versión de Ask the Astronomer. También nos ayuda con alguna pregunta de cosmología.


¿Puede el entrelazamiento cuántico provocar la nucleosíntesis en las estrellas? - Astronomía

Para un curso de estudio independiente en mi escuela secundaria, estoy investigando la formación de los elementos, tanto ligeros como pesados. Tengo un conocimiento básico de cómo se hace esto y también he encontrado información técnica que en este momento no entiendo. ¿Puede señalarme algunos buenos artículos sobre el tema, o quizás cubrir algunos materiales más avanzados usted mismo?

Los elementos más ligeros (hidrógeno, helio, deuterio, litio) se produjeron en la nucleosíntesis del Big Bang. Según la teoría del Big Bang, las temperaturas en el universo temprano eran tan altas que podían tener lugar reacciones de fusión. Esto resultó en la formación de elementos ligeros: hidrógeno, deuterio, helio (dos isótopos), litio y trazas de berilio.

La fusión nuclear en las estrellas convierte el hidrógeno en helio en todas las estrellas. En estrellas menos masivas que el Sol, esta es la única reacción que tiene lugar. En estrellas más masivas que el Sol (pero menos masivas que unas 8 masas solares), tienen lugar reacciones adicionales que convierten el helio en carbono y oxígeno en etapas sucesivas de evolución estelar. En las estrellas muy masivas, la cadena de reacción continúa produciendo elementos como el silicio hasta el hierro.

Los elementos superiores al hierro no se pueden formar mediante la fusión, ya que hay que suministrar energía para que se produzca la reacción. Sin embargo, vemos elementos más altos que el hierro a nuestro alrededor. Entonces, ¿cómo se formaron estos elementos? La respuesta son supernovas. En una explosión de supernova, tienen lugar reacciones de captura de neutrones (esto no es fusión), lo que lleva a la formación de elementos pesados. Esta es la razón por la que se dice que la mayoría de las cosas que vemos a nuestro alrededor provienen de estrellas y supernovas (la parte de elementos pesados). Si entra en detalles técnicos, entonces hay dos procesos de captura de neutrones llamados proceso rápido (proceso r) y proceso lento (proceso s), y estos conducen a la formación de diferentes elementos.

Para obtener más detalles, consulte los siguientes sitios web:

Esta página se actualizó por última vez el 27 de junio de 2015.

Sobre el Autor

Jagadheep D. Pandian

Jagadheep construyó un nuevo receptor para el radiotelescopio de Arecibo que funciona entre 6 y 8 GHz. Estudia máseres de metanol de 6,7 GHz en nuestra galaxia. Estos máseres ocurren en sitios donde están naciendo estrellas masivas. Obtuvo su doctorado en Cornell en enero de 2007 y fue becario postdoctoral en el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania. Después de eso, trabajó en el Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai como Becario Postdoctoral Submilimétrico. Jagadheep se encuentra actualmente en el Instituto Indio de Ciencia y Tecnología Espaciales.


Las aplicaciones del entrelazamiento cuántico

La mecánica cuántica (QM también conocida como física cuántica, teoría cuántica, modelo mecánico de ondas o mecánica matricial) es una teoría fundamental en física, que describe la naturaleza en las escalas más pequeñas de niveles de energía de átomos y partículas subatómicas.

Uno de los fenómenos más desconcertantes de QM & rsquos es entrelazamiento cuántico (Qe). De acuerdo con este fenómeno, cuando dos partículas & # 8202 & mdash & # 8202 como átomos, fotones o electrones & # 8202 & mdash & # 8202 están entrelazadas, experimentan una enlace inexplicable eso se mantiene incluso si las partículas están en los lados opuestos del universo, a un millón de años luz de distancia. Entonces, entrelazado significa que el comportamiento de estas partículas está ligado entre sí. Por ejemplo, si se encuentra que una partícula gira en una dirección, entonces la otra partícula instantánea e inmediatamente cambia su giro de la manera correspondiente dictada por el entrelazamiento. De hecho, un observador que mida una partícula podría predecir perfectamente las medidas correspondientes de un segundo observador mirando a la otra partícula lejana. En el entrelazamiento, un constituyente (sistema o partícula) no puede describirse completamente sin considerar el (los) otro (s). Hasta ahora, Qe se ha demostrado experimentalmente con fotones, neutrinos, electrones, moléculas del tamaño de buckybolas e incluso pequeños diamantes. Se ha descubierto que las mediciones de propiedades físicas como la posición, el momento, el giro y la polarización, realizadas en partículas entrelazadas, están entrelazadas.

La rareza cuántica puede parecer que supera a la luz: aquí y rsquos por qué puede y rsquot

Pero, ¿qué tan rápido es "instantánea e inmediatamente" en Qe? Según una investigación realizada por un equipo de físicos chinos, el límite inferior de la velocidad asociada con Qe es de al menos 3 billones de metros por segundo o cuatro órdenes de magnitud más rápido que la velocidad de la luz. Y esto significa que durante Qe la transmisión de "información clásica-clásica" entre dos partículas ocurre instantáneamente, mientras que la revelación de Qe en los dos observadores (información clásica), en los diferentes universos, no ocurre instantáneamente. Simplemente porque depende de la velocidad de la luz.

Entonces, en este mundo cuántico mágico, QM sí es extraño que incluso Albert Einstein y sus colegas en 1935 afirmaron que Qe debe ser "incompleto" en la medida en que era demasiado "quospooky" para ser real. El problema es que QM parece desafiar las nociones de sentido común de causalidad, localidad y realismo. Por ejemplo:

1) Sabes que la luna existe incluso cuando no la miras & # 8202 & mdash & # 8202that & rsquos realismo. Pero, según el físico teórico, la realidad de John Wheeler está hecha de información que se crea mediante la observación, y eso significa que la luna existe solo cuando se observa.

2) Respecto a causalidad (causa y efecto), sabemos y damos por sentado que "si enciende un interruptor de luz, la bombilla se iluminará". Pero Qe es independiente del tiempo y del espacio. De hecho, en QM, la distinción entre causa y efecto no se hace en el nivel más fundamental, por lo que los sistemas simétricos en el tiempo pueden verse como causales o retro-causales. Retrocausalidad es un concepto donde el efecto precede a su causa en el tiempo. Y eso significa que "si enciendo una bombilla, se encenderá un destello de luz".

3) Además, gracias a un límite estricto en la velocidad de la luz, si enciende un interruptor ahora, el efecto relacionado no podría ocurrir instantáneamente a un millón de años luz de distancia según la localidad. Pero en Qe la transferencia de información "rompe" la velocidad de la luz.

En conclusión, estos 3 principios de causalidad, localidad y realismo se rompen en el reino cuántico, siendo Qe el ejemplo espeluznante más famoso. Finalmente, en 1964, el físico John Stewart Bell demostró que QM era, de hecho, una teoría completa y viable. Sus resultados, ahora llamados Teorema de Bell & rsquos, demostraron efectivamente que Qe es tan real como la luna, por lo que hoy en día los comportamientos extraños de los sistemas cuánticos se están aprovechando para su uso en una variedad de aplicaciones del mundo real.

Dejando por un tiempo el mundo cuántico detrás de nosotros y viajando de regreso a nuestro "mundo ordinario", Qe podría recordarle a alguien el Creencia de Asia oriental: & ldquoEl hilo rojo del destino & rdquo. Según un antiguo mito: & ldquoLos ​​dioses atan un cordón rojo invisible alrededor de los tobillos o los meñiques de aquellos que están destinados a encontrarse en una determinada situación o ayudarse unos a otros de determinada manera. Las dos personas conectadas por el hilo rojo son socios destinados, sin importar el lugar, el tiempo o las circunstancias y rdquo & helliplike en Qe. Además, este cordón mágico entre las dos partes / parejas puede estirarse o enredarse, pero nunca se romperá y mantendrá el "enredo humano" para siempre.

Este mito es similar al concepto occidental de almas gemelas o parejas destinadas, un concepto que se puede utilizar para expresar la aparente destino o destino de un evento, amistad o acontecimiento. El destino y el destino se han considerado tradicionalmente como un "poder" inspirado por Dios, que "ordena" el curso de los acontecimientos y los define como "inevitables". Este es un concepto basado en la creencia de que existe un orden natural fijo en este universo.

Es más, determinismo Es un concepto filosófico que a menudo se confunde con el destino y el destino, que indica que todo lo que sucede está determinado por cosas que ya han sucedido (causalidad: la relación entre causa y efecto). Pero el determinismo se diferencia del destino y el destino en que nunca se concibe como una noción espiritual, religiosa o astrológica; de hecho, el determinismo es simplemente "causado". En cualquier caso, & ldquodeterminismo causado y rdquo o "destino dado por los dioses", ambos implican que la realidad es una especie de animación programada determinista, idea que el famoso experimento de la doble rendija (piedra angular de la física moderna) ha descartado, que está iniciando la era del libre albedrío.

De hecho, volviendo a nuestro mundo cuántico, según algunos físicos la realidad está hecha de información en forma de simbolismo, que es algo así como un código geométrico. Y como cualquier lenguaje, este código geométrico tiene algunas reglas (determinismo) pero también cierta libertad sintáctica (libre albedrío), que requiere cierta noción de un elector para elegir los pasos libres en el lenguaje. En consecuencia, eso podría indicar que si le haces cosquillas a una partícula en un universo, ambas partículas se entrelazan en los dos universos diferentes. definitivamente e instantáneamente se reirá, pero una partícula también puede estornudar en su libre albedrío y ¡demonios! ¿Quién sabe? La batalla entre el determinismo y el libre albedrío continuará entre los físicos mientras intentan comprender los secretos más profundos de este maravilloso cuántico y del mundo ordinario que llamamos vida.

Pero aquí tienes algunos de los más intrigantes. aplicaciones de Qe en el mundo real en nuestro y mundo ordinario y rdquo:

Códigos indescifrables (comunicación cuántica)

En la criptografía tradicional, un remitente usa una clave para codificar información y un destinatario usa la clave compartida entre las dos partes para decodificar el mensaje. Sin embargo, en este proceso, es difícil eliminar el riesgo de que un tercero intente obtener información sobre el establecimiento de la clave y comprometa la criptografía. Pero, potencialmente, esto se puede solucionar usando distribución de clave cuántica irrompible (QKD). En QKD, se envía información sobre la clave a través de fotones que se han polarizado aleatoriamente. Esto restringe el fotón para que vibre en un solo plano & # 8202 & mdash & # 8202, por ejemplo, arriba y abajo, o de izquierda a derecha. El destinatario puede utilizar filtros polarizados para descifrar la clave y luego utilizar un algoritmo elegido para cifrar un mensaje de forma segura. Los datos secretos aún se envían a través de los canales de comunicación normales, pero nadie puede decodificar el mensaje a menos que tenga la clave cuántica exacta. Eso es complicado porque las reglas cuánticas dictan que los fotones polarizados siempre cambiarán de estado, y cualquier intento de espionaje alertará a los comunicadores de una brecha de seguridad. El mayor problema con la tecnología QKD actual es que solo se puede enviar un fotón a unos 100 kilómetros por un cable de fibra óptica antes de que sea demasiado tenue para recibirlo. Después de eso, tienes que descifrarlo y retransmitirlo, lo que requiere una instalación de alta seguridad y un kit costoso. La primera transferencia bancaria utilizando enredados QKD prosiguió en Austria en 2004.

Hoy en día, empresas como BBN Technologies, Toshiba, ID Quantique y muchas más utilizan QKD para diseñar redes ultraseguras. El mercado de criptografía cuántica por segmentación, los principales actores, el tamaño, la dinámica del mercado y el pronóstico para 2024 se pueden encontrar aquí.

Computadoras cuánticas (Computación cuántica)

La computación cuántica es el uso de fenómenos cuánticos como la superposición y Qe para realizar cálculos. El campo de la computación cuántica es en realidad un subcampo de la ciencia de la información cuántica, que incluye la criptografía cuántica y la comunicación cuántica. Una computadora estándar codifica la información como una cadena de dígitos binarios o bits. Las computadoras cuánticas potencian la potencia de procesamiento porque usan bits cuánticos o qubits, que existen en una superposición de estados, y hasta que se miden estos qubits pueden ser tanto & ldquo1 & rdquo como & ldquo0 & rdquo al mismo tiempo. Este campo aún está en desarrollo, pero se han dado pasos en la dirección correcta. En abril de 2019, no se ha demostrado ningún hardware cuántico escalable de gran tamaño. En este momento, hay una cantidad creciente de inversión en computación cuántica por parte de gobiernos, empresas establecidas y nuevas empresas. La demostración de la supremacía cuántica se persigue activamente tanto en la investigación académica como en la industrial. Se espera que el mercado de computadoras cuánticas crezca de $ 93 millones en 2019 a $ 283 millones en 2024.

La computación cuántica también se utiliza para la simulación de materiales en diversas industrias, como la salud, la automoción, el entretenimiento, la banca y las finanzas y la defensa. Empresas como D-Wave Systems Inc. (Canadá), 1QB Information Technologies Inc. (Canadá) y QxBranch, LLC (EE. UU.) Están trabajando para proporcionar una plataforma para mejorar la disponibilidad, usabilidad y accesibilidad de las computadoras cuánticas en el material. aplicaciones de simulación. QxBranch LLC (EE. UU.) Ha lanzado simulador de computación cuántica para el Commonwealth Bank of Australia un simulador cuántico se diferencia de una computadora. Los simuladores están diseñados para resolver una ecuación, resolver una ecuación diferente requeriría construir un nuevo sistema, mientras que una computadora puede resolver muchas ecuaciones diferentes. Se espera que estos desarrollos impulsen el crecimiento del mercado de la computación cuántica para la aplicación de simulación. Además, Atos SE (Francia) lanzó el simulador cuántico de mayor rendimiento llamado Atos Quantum Learning Machine & rsquo (Atos QLM).

La computación cuántica podría tener un impacto potencial en fintech con procesamiento y liquidación de transacciones, con procesamiento de datos más rápido, con modelado de riesgo y desempeño y mejor seguridad. JP Morgan y Barclays han estado incursionando con las herramientas de computación cuántica de IBM & rsquos, según Wired, mirando hacia el futuro en busca de aplicaciones prácticas. Si bien las computadoras cuánticas aún no son perfectas, si resultan funcionar como los gigantes de la tecnología financiera, esperan que eso signifique menores costos de energía y un rendimiento enormemente mejorado en todo.

Las computadoras cuánticas también podrían ayudar al mundo a hacer frente a cambio climático, uno de los fenómenos más complejos y difíciles de predecir del mundo. De hecho, Exxon Mobil se asoció con IBM para explorar aplicaciones que incluyen modelos ambientales predictivos y tecnología de captura de carbono. Daimler Mercedes-Benz también está utilizando la computación cuántica para probar nuevos tipos de química de baterías para mejorar los vehículos eléctricos. Y la Autoridad de Agua y Electricidad de Dubai está trabajando con Microsoft para optimizar la gestión de su red de energía.

Farmacéutico El gigante Biogen se asoció con la consultora Accenture y la startup 1QBit en un experimento de computación cuántica en 2017 destinado al modelado molecular, una de las disciplinas más complejas de la medicina. El objetivo: encontrar fármacos candidatos para tratar enfermedades neurodegenerativas. Microsoft está colaborando con Case Western Reserve University para mejorar la precisión de las máquinas de resonancia magnética, que ayudan a detectar el cáncer. Finalmente, grande empresas químicas están invirtiendo activamente en computación cuántica.

Microscopios mejorados (microscopía de entrelazamiento cuántico)

En 2013, un equipo de investigadores de la Universidad de Japón & rsquos Hokkaido desarrolló el primer microscopio mejorado por entrelazamiento del mundo & rsquos, utilizando una técnica conocida como microscopía de contraste de interferencia diferencial. Este tipo de microscopio dispara dos haces de fotones a una sustancia y mide el patrón de interferencia creado por los haces reflejados. El uso de fotones entrelazados aumenta en gran medida la cantidad de información que puede recopilar el microscopio, ya que la medición de un fotón entrelazado proporciona información sobre su compañero. El equipo de Hokkaido logró obtener una imagen de un & ldquoQ & rdquo grabado que se encontraba a solo 17 nanómetros sobre el fondo con una nitidez sin precedentes. Microscopio de entrelazamiento cuántico es una forma de tipo confocal microscopio de contraste de interferencia diferencial. Se puede encontrar información sobre el tamaño de la industria mundial de la microscopía. aquí.

Se podrían utilizar técnicas similares para mejorar la resolución de herramientas astronómicas llamadas interferómetros, que se utilizan en la búsqueda de planetas extrasolares, para sondear estrellas cercanas y para buscar ondas en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales.

Brújulas biológicas (biología cuántica)

¿Cómo pueden las aves percibir y seguir algo tan tenue como el campo magnético terrestre y rsquos mientras migran? Y la explicación más plausible es: y ldquowith el efecto del campo magnético en las moléculas enredadas de una sustancia química en los ojos de las aves y rsquo llamado Cry4, o criptocromo y rdquo , a través del mecanismo de par de radicales entrelazados. De hecho, los criptocromos se propusieron como las "moléculas quomagnéticas" que podrían albergar pares de radicales magnéticamente sensibles.

Cuando un fotón, una partícula de luz, golpea una molécula de criptocromo en el ojo de un pájaro, suelta un electrón que luego puede asociarse con una segunda molécula. Las dos moléculas Cry 4 tienen un número impar de electrones y se convierten en un par de radicales. Dado que ambos radicales se crearon simultáneamente y mdash por ese electrón suelto, el par de radicales se enreda. Este estado entrelazado es extremadamente temporal y no sobrevivirá más allá de los 100 microsegundos. Pero durante ese breve tiempo, la pareja radical estará en uno de los dos estados. Los científicos creen que el campo magnético terrestre afecta la cantidad de tiempo que las moléculas pasan en cualquier estado, y cualquier cambio en la duración de estos estados le dice al ave dónde se encuentra. La teoría del par radical es realmente la mejor explicación para los sistemas de navegación de aves y rsquo que tenemos hasta ahora.

Además, el cuerpo humano es un flujo constante de miles de interacciones y procesos químicos / biológicos que conectan moléculas, células, órganos y fluidos en todo el cerebro, el cuerpo y el sistema nervioso. Hasta hace poco, se pensaba que todas estas interacciones operaban en una secuencia lineal, transmitiendo información como un corredor que pasa el testigo al siguiente corredor. Sin embargo, los últimos descubrimientos en biología cuántica y biofísica han descubierto que, de hecho, existe un tremendo grado de coherencia dentro de todos los sistemas vivos y Qe juega probablemente un papel muy importante dentro de todos nosotros. De hecho, es posible que la arquitectura cuaternaria de proteínas haya evolucionado para permitir el entrelazamiento cuántico sostenido y la coherencia. La biología cuántica es solo un campo emergente y la mayor parte de la investigación actual es teórica y está sujeta a preguntas que requieren mayor experimentación.

Amor. Física cuántica. Completamente ajenos y, sin embargo, extrañamente paralelos.

El hilo rojo del destino, el destino, el destino y el determinismo son enésimos ejemplos de creencias, mitos y filosofías ancestrales que nuestros antepasados ​​nos dejaron, sabiendo de alguna manera que un día seremos más y quotecnológicamente capaces de tener una mejor comprensión de la vida mientras estamos navegando. en la intersección entre el mundo cuántico y el ordinario. Al final, el mundo cuántico se trata más de & ldquomind & rdquo que de & ldquomatter & rdquo, mientras que el mundo ordinario debería ser más de & ldquolove & rdquo que de & ldquomatter & rdquo, pero en la intersección de estos dos mundos aparentemente diferentes es donde la mente, la materia y el amor chocar. And probably in that intersection, all major technological advancements have somehow started. As William Blake said &mdash &ldquoWhat is now proved was once only imagined&rdquo.


Challenges

Of course, no SETI-related pitch would be complete without mentioning the possible challenges. For starters, there’s the matter of decoherence, where energy (and hence, information) is lost to the background environment. Where transmissions through interstellar space are concerned, the main issues are distance, free electrons (solar wind), interplanetary dust, and the interstellar medium – low-density clouds of dust and gas.

“As a baseline, the largest distance over which successful optical entanglement experiments have been performed on Earth is 144 km,” notes Hippke. Since the mass density of the Earth’s atmosphere is 1.2 kg m -3 , this means that a signal passing through a column 144 km (

90 mi) in length was dealing with a column density of 1.728×10 5 kg m -2 . In contrast, the column density between Earth and the nearest star (Proxima Centauri) is eight orders of magnitude lower (3×10 -8 kg m -2 ).

Another issue is the delay imposed by a relativistic Universe, which means that messages to even the closest star systems would take years. As a result, quantum computation is something that will be performed locally for the most part, and only condensed qubits will be transmitted between communication nodes. With this in mind, there are a few indications humanity could be on the lookout for in the coming years.


6. Without it the sun wouldn’t shine

The sun makes its energy through a process called nuclear fusion. It involves two protons — the positively charged particles in an atom — sticking together. However, their identical charges make them repel each other, just like two north poles of a magnet. Physicists call this the Coulomb barrier, and it’s like a wall between the two protons.

Think of protons as particles and they just collide with the wall and move apart: No fusion, no sunlight. Yet think of them as waves, and it’s a different story. When the wave’s crest reaches the wall, the leading edge has already made it through. The wave’s height represents where the proton is most likely to be. So although it is unlikely to be where the leading edge is, it is there sometimes. It’s as if the proton has burrowed through the barrier, and fusion occurs. Physicists call this effect "quantum tunneling".


Entanglement

One of the more famous fables in quantum mechanics is about poor Schrödinger's cat, who got stuck in an uncertain state: the feline was neither alive nor dead until someone opened the box to find out. Uncertainty is another one of the truly freaky features of quantum mechanics. In the real world, something can either be alive or dead in the quantum world, there's a third option in which the object's state hasn't yet been determined. To break the uncertainty, someone has to measure it (open the box) and force the object (cat) into one state (alive/dead).

Entangled particles also exist, initially, in an uncertain state. Particles can't be alive or dead, so instead think heads and tails. If you flip a coin 100 times, odds are it will come up heads close to 50 times and tails close to 50 times. If I then flip my own coin 100 times, there's a high probability the split will also be close to 50/50. But if our coins are entangled, then the outcome of your flip determines the outcome of my flip — perhaps our entanglement is such that every time you flip heads I flip tails. If we flip our coins enough times, our entanglement will begin to become obvious, because my outcome of my flip is no longer random, but determined by your flip, and the odds of my flipping tails every time you flip heads get lower and lower the more we flip.

That's sort of how scientists can measure entanglement. Instead of flipping a pair of coins over and over again, researchers measure the properties in many, many of pairs of entangled particles (entanglement can only be measured in a pair of particles once). But the scientists have to be sure that what they're seeing isn't just random chance.

A statement from the Massachusetts Institute of Technology (MIT) poses the question, "What if there were some other factors or hidden variables correlated with the experimental setup, making the results appear to be quantumly entangled, when in fact they were the result of some nonquantum mechanism?"

In other words, how can scientists be sure there's not some unseen factor affecting their experiments, and making it seem as though the examined particles are entangled, when in fact they are not?

A physicist named John Bell showed that if entanglement exists, then there must be a minimum degree of correlation between entangled particles when scientists measure them this is known as Bell's inequality or Bell's theorem.

In some entanglement experiments, the detector measures a property of light particles called polarity the detector must be oriented in one of two directions, and only photons polarized in the same direction (one of two possibilities) can pass through. In order to make sure that the detector is not somehow influenced by one of those mysterious forces that could corrupt the experiment, researchers will use random-number generators to determine the direction of the detector.

That random choice is made "in the split second between when the photon leaves the source and arrives at the detector," according to the MIT statement. "But there is a chance, however slight, that hidden variables, or nonquantum influences, may affect a random number generator before it relays its split-second decision to the photon detector,&rdquo the statement said.

This particular "loophole" in an experiment testing Bell's inequality is known as the "freedom-of-choice loophole." In 2014, a couple of scientists got together and came up with a new idea for how to avoid those possible influences, using starlight as the thing that randomly determines the direction of the detector. Now, those researchers have put their idea to the test. [How Quantum Entanglement Works (Infographic)]

"At the heart of quantum entanglement is the high degree of correlations in the outcomes of measurements on these pairs [of particles]," David Kaiser, professor of physics at MIT and co-author on the study, said in the statement. "But what if a skeptic or critic insisted these correlations weren't due to these particles acting in a fully quantum mechanical way? We want to address whether there is any other way that those correlations could have snuck in without our having noticed."


Light from ancient quasars helps confirm quantum entanglement

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Last year, physicists at MIT, the University of Vienna, and elsewhere provided strong support for quantum entanglement, the seemingly far-out idea that two particles, no matter how distant from each other in space and time, can be inextricably linked, in a way that defies the rules of classical physics.

Take, for instance, two particles sitting on opposite edges of the universe. If they are truly entangled, then according to the theory of quantum mechanics their physical properties should be related in such a way that any measurement made on one particle should instantly convey information about any future measurement outcome of the other particle — correlations that Einstein skeptically saw as “spooky action at a distance.”

In the 1960s, the physicist John Bell calculated a theoretical limit beyond which such correlations must have a quantum, rather than a classical, explanation.

But what if such correlations were the result not of quantum entanglement, but of some other hidden, classical explanation? Such “what-ifs” are known to physicists as loopholes to tests of Bell’s inequality, the most stubborn of which is the “freedom-of-choice” loophole: the possibility that some hidden, classical variable may influence the measurement that an experimenter chooses to perform on an entangled particle, making the outcome look quantumly correlated when in fact it isn’t.

Last February, the MIT team and their colleagues significantly constrained the freedom-of-choice loophole, by using 600-year-old starlight to decide what properties of two entangled photons to measure. Their experiment proved that, if a classical mechanism caused the correlations they observed, it would have to have been set in motion more than 600 years ago, before the stars’ light was first emitted and long before the actual experiment was even conceived.

Now, in a paper published today in Physical Review Letters, the same team has vastly extended the case for quantum entanglement and further restricted the options for the freedom-of-choice loophole. The researchers used distant quasars, one of which emitted its light 7.8 billion years ago and the other 12.2 billion years ago, to determine the measurements to be made on pairs of entangled photons. They found correlations among more than 30,000 pairs of photons, to a degree that far exceeded the limit that Bell originally calculated for a classically based mechanism.

“If some conspiracy is happening to simulate quantum mechanics by a mechanism that is actually classical, that mechanism would have had to begin its operations — somehow knowing exactly when, where, and how this experiment was going to be done — at least 7.8 billion years ago. That seems incredibly implausible, so we have very strong evidence that quantum mechanics is the right explanation,” says co-author Alan Guth, the Victor F. Weisskopf Professor of Physics at MIT.

“The Earth is about 4.5 billion years old, so any alternative mechanism — different from quantum mechanics — that might have produced our results by exploiting this loophole would’ve had to be in place long before even there was a planet Earth, let alone an MIT,” adds David Kaiser, the Germeshausen Professor of the History of Science and professor of physics at MIT. “So we’ve pushed any alternative explanations back to very early in cosmic history.”

Guth and Kaiser’s co-authors include Anton Zeilinger and members of his group at the Austrian Academy of Sciences and the University of Vienna, as well as physicists at Harvey Mudd College and the University of California at San Diego.

A decision, made billions of years ago

In 2014, Kaiser and two members of the current team, Jason Gallicchio and Andrew Friedman, proposed an experiment to produce entangled photons on Earth — a process that is fairly standard in studies of quantum mechanics. They planned to shoot each member of the entangled pair in opposite directions, toward light detectors that would also make a measurement of each photon using a polarizer. Researchers would measure the polarization, or orientation, of each incoming photon’s electric field, by setting the polarizer at various angles and observing whether the photons passed through — an outcome for each photon that researchers could compare to determine whether the particles showed the hallmark correlations predicted by quantum mechanics.

The team added a unique step to the proposed experiment, which was to use light from ancient, distant astronomical sources, such as stars and quasars, to determine the angle at which to set each respective polarizer. As each entangled photon was in flight, heading toward its detector at the speed of light, researchers would use a telescope located at each detector site to measure the wavelength of a quasar’s incoming light. If that light was redder than some reference wavelength, the polarizer would tilt at a certain angle to make a specific measurement of the incoming entangled photon — a measurement choice that was determined by the quasar. If the quasar’s light was bluer than the reference wavelength, the polarizer would tilt at a different angle, performing a different measurement of the entangled photon.

In their previous experiment, the team used small backyard telescopes to measure the light from stars as close as 600 light years away. In their new study, the researchers used much larger, more powerful telescopes to catch the incoming light from even more ancient, distant astrophysical sources: quasars whose light has been traveling toward the Earth for at least 7.8 billion years — objects that are incredibly far away and yet are so luminous that their light can be observed from Earth.

Tricky timing

On Jan. 11, 2018, “the clock had just ticked past midnight local time,” as Kaiser recalls, when about a dozen members of the team gathered on a mountaintop in the Canary Islands and began collecting data from two large, 4-meter-wide telescopes: the William Herschel Telescope and the Telescopio Nazionale Galileo, both situated on the same mountain and separated by about a kilometer.

One telescope focused on a particular quasar, while the other telescope looked at another quasar in a different patch of the night sky. Meanwhile, researchers at a station located between the two telescopes created pairs of entangled photons and beamed particles from each pair in opposite directions toward each telescope.

In the fraction of a second before each entangled photon reached its detector, the instrumentation determined whether a single photon arriving from the quasar was more red or blue, a measurement that then automatically adjusted the angle of a polarizer that ultimately received and detected the incoming entangled photon.

“The timing is very tricky,” Kaiser says. “Everything has to happen within very tight windows, updating every microsecond or so.”

Demystifying a mirage

The researchers ran their experiment twice, each for around 15 minutes and with two different pairs of quasars. For each run, they measured 17,663 and 12,420 pairs of entangled photons, respectively. Within hours of closing the telescope domes and looking through preliminary data, the team could tell there were strong correlations among the photon pairs, beyond the limit that Bell calculated, indicating that the photons were correlated in a quantum-mechanical manner.

Guth led a more detailed analysis to calculate the chance, however slight, that a classical mechanism might have produced the correlations the team observed.

He calculated that, for the best of the two runs, the probability that a mechanism based on classical physics could have achieved the observed correlation was about 10 to the minus 20 — that is, about one part in one hundred billion billion, “outrageously small,” Guth says. For comparison, researchers have estimated the probability that the discovery of the Higgs boson was just a chance fluke to be about one in a billion.

“We certainly made it unbelievably implausible that a local realistic theory could be underlying the physics of the universe,” Guth says.

And yet, there is still a small opening for the freedom-of-choice loophole. To limit it even further, the team is entertaining ideas of looking even further back in time, to use sources such as cosmic microwave background photons that were emitted as leftover radiation immediately following the Big Bang, though such experiments would present a host of new technical challenges.

“It is fun to think about new types of experiments we can design in the future, but for now, we are very pleased that we were able to address this particular loophole so dramatically. Our experiment with quasars puts extremely tight constraints on various alternatives to quantum mechanics. As strange as quantum mechanics may seem, it continues to match every experimental test we can devise,” Kaiser says.


The Real Reasons Quantum Entanglement Doesn't Allow Faster-Than-Light Communication

My colleague-in-blogging Ethan Siegel does a regular reader-request feature, and this week's edition drifts into my territory, answering a question about using quantum entanglement for faster-than-light communication. As I jokingly said on Twitter, Ethan's answer is pretty good for an astronomer, but there are bits of it I don't like. Not because he gives a wrong answer-- he correctly notes that it's not possible to use entangled particles to send messages faster than the speed of light-- but because there's a lot of subtle and complex stuff at work here. I've written about this before, but it's useful to poke at this a little more because the phrasing I dislike ties into some fairly deep stuff.

Schematic of the third Aspect experiment testing quantum non-locality. Entangled photons from the . [+] source are sent to two fast switches, that direct them to polarizing detectors. The switches change settings very rapidly, effectively changing the detector settings for the experiment while the photons are in flight. (Figure by Chad Orzel)

The basic scenario for entanglement-based communication looks like this: two people, traditionally named "Alice" and "Bob" share a pair of particles that can each be measured in one of two quantum states, which we'll call "0" and "1." These particles are prepared in an entangled state in which a measurement of the state of Alice's particle is correlated with the measured state of Bob's particle, no matter how far apart they are. That is, if Alice measures her particle in state 1 at precisely noon in Schenectady, she knows that Bob in Portland will also measure his particle to be in state 1, whether he's in Portland, Maine, Portland, Oregon, or Portland Station on one of the moons of Yavin.

This seems like a perfect mechanism for sending information over vast distances, as Ethan notes:

So now to Olivier’s question: could we use this property — quantum entanglement — to communicate from a distant star system to our own? The answer to that is yes, if you consider making a measurement at a distant location a form of communication. But when you say communicate, typically you want to know something about your destination. You could, for example, keep an entangled particle in an indeterminate state, send it aboard a spacecraft bound for the nearest star, and tell it to look for signs of a rocky planet in that star’s habitable zone. If you see one, make a measurement that forces the particle you have to be in the +1 state, and if you don’t see one, make a measurement that forces the particle you have to be in the -1 state.

This seems like a really obvious application, and in fact a bunch of people seized on this as a justification for ESP and various other schemes-- I recommend David Kaiser's How the Hippies Saved Physics for the fascinating history of this whole business. And, in fact, if the situation described above were possible-- if you could measure a particle's state in a way that forced a particular outcome-- you could absolutely send information this way. But you can't do that.

And this is the point where I don't quite agree with the way Ethan explains the situation. He writes:

It’s a brilliant plan, but there’s a problem: entanglement only works if you ask a particle, “what state are you in?” If you force an entangled particle into a particular state, you break the entanglement, and the measurement you make on Earth is completely independent of the measurement at the distant star. If you had simply measured the distant particle to be +1 or -1, then your measurement, here on Earth, of either -1 or +1 (respectively) would give you information about the particle located light years away. But by forcing that distant particle to be +1 or -1, that means, no matter the outcome, your particle here on Earth has a 50/50 shot of being +1 or -1, with no bearing on the particle so many light years distant.

There's a subtle shift here from the impossible operation that would allow FTL communication to a different sort of operation, and it deserves to be spelled out. That is, in the original statement, you "make a measurement that forces the particle" to be in a particular state, while in the second you "force an entangled particle into a particular state" which breaks the entanglement. Those are not the same thing, though-- one is a measurement, the other is a change of state followed by a measurement.

Image of a scheme for ion-trap quantum computing. From Monroe group at JQI: http://iontrap.umd.edu/

It helps to think about a concrete implementation of this to make the distinction clear. So, imagine Alice's particle is one of the trapped ions that people regularly use to do quantum information experiments, which can be in one of two internal states. If her particle starts in a superposition of equal parts "0" and "1," how would she go about forcing a definite measurement outcome, let's say "1"?

The answer is to do an operation that we would describe in words as "If you're in state 0, flip the state, otherwise leave it alone." For a trapped-ion system, this is done using lasers to drive a transition from state 0 to state 1 by way of a third state (the jargon term for this is a "Raman transition"). If you choose your states carefully, you can arrange it so that an atom in state 0 will absorb the laser and flip its state, but an atom in state 1 won't interact with the laser at all. This sort of selective absorption is how they distinguish between states 0 and 1 in real trapped-ion experiments (state 0 absorbs a laser photon then re-emits the light, and repeating this a few million times a second gives you a bright spot on a camera pointed at the trap holding the ion), and a two-particle variant of it is how you entangle ions in the first place (the operation is "If Ion A is in state 1, flip the state of Ion B," and you give it an input state where B is definitely in state 0 and A is in a superposition of 0 and 1).

If Alice does this on her particle, it does not, in fact, affect the state of Bob's particle in any way-- it's still in an indeterminate state that's a mix of 0 and 1. It breaks the correlation between the measurement results, though-- Alice's particle is no longer in a superposition, but only in state 1, so when Bob eventually makes a measurement that randomly picks 0 or 1, it doesn't necessarily match Alice's measurement, which is guaranteed to be 1.

It should be noted that the "breaking of entanglement" Ethan describes is actually a slightly tricky thing to do, requiring a fairly specific operation to make it work. You will sometimes hear people assert that entanglement is fragile, and that any disturbance of one of the particles will mess things up, but that's not true. In fact, there are a huge number of things you can do to change the state of one of the two particles without destroying the entangled nature of the system, provided you keep track of what you did to it and adjust your final measurements accordingly. (I have a blog post and an arxiv preprint discussing this in more detail. ) The impossibility of keeping track of all the ways entangled states get shifted is crucial to (the way I think about) the process of "decoherence" that plays a key role in (the way I think about) the "Many-Worlds" interpretation of quantum physics, which is what I was hinting at when I said this gets into some deep stuff, though this post is already running long, so I won't try to explain here.

Crucially, though, this is not the sort of thing that people talk about doing when they talk about using entanglement for faster-than-light communication. What they want is a measurement procedure that forces a particular outcome. That is, they want Alice to use some woo-woo mystical process to ask her particle "What is your state?" and make it come out to be 1, thus instantaneously forcing Bob's particle into state 1 as well. If such a procedure existed, you could, in fact, exploit it to send messages (with disastrous consequences for causality) fortunately, God plays dice with the universe, and the results of a quantum measurement are unavoidably random. Which means that while Alice and Bob end up with measurements that are perfectly correlated, no information passes between them. They can only see the correlation when they get back together and compare lists, and they have to do that at or below the speed of light.

(Credit: Graham Barclay/Bloomberg News)

It should also be noted that the version of entanglement-based communication Ethan describes is a particularly naive sort that even fringe physicists mostly reject. A more plausible scheme for actually doing this would be to use different measurement bases to send information. That is, rather than "force the state to be 1 to send Bob a 1," Alice would ask two different questions of her particle. If she wants to send Bob a 1, she would make a measurement asking "Are you in 0 or 1?," but if she wants to send a 0 she makes a measurement asking "Are you in '0+1' or '0-1'?" The latter operation puts Bob's particle into the corresponding state, which has a 50% chance of returning either 0 or 1 for his measurement. So all Bob has to do is measure that probability distribution for each particle-- if it's either 0 or 1 with 100% probability, he knows Alice is sending a 1, and if it's 50% of each, she's sending a 0.

That scheme doesn't work either, for a more subtle reason. The problem is that you can't determine a probability distribution from a single measurement of "0" or "1," so Bob would need to make a lot of copies of the state of his particle in order to distinguish Alice's message. But there's a very deep result (that Kaiser's book claims was directly inspired by these FTL communication schemes) known as the "no-cloning theorem" showing that this is impossible-- you can't make faithful copies of a quantum state unless you already know what it is. There's no way for Bob to unambiguously determine which measurement Alice made, so you're back in the scenario where Alice and Bob each have random strings of 1's and 0's that only turn out to be perfectly correlated later on, when they get back together and compare. Quantum randomness saves the day.

So, as I said, the whole business is subtle and complicated. The end result is always the same, though: While it's one of the weirdest and coolest phenomena in physics, there is no way to use quantum entanglement to send messages faster than the speed of light.