La no localidad de los estados cuánticos puede ser transitiva

Enlaces espeluznantes que se propagan

La física cuántica es famosa por su “acción fantasmal a distancia”, donde partículas parecen conectadas de forma misteriosa incluso estando separadas. Este artículo plantea una pregunta sorprendente: si una partícula está fuertemente vinculada a una segunda, y esa segunda está fuertemente vinculada a una tercera, ¿pueden las reglas de la física cuántica *forzar* un vínculo espeluznante similar entre la primera y la tercera? Los autores muestran que, a nivel de estados cuánticos, la respuesta puede ser sí: la no localidad cuántica puede ser transitiva.

De secretos compartidos a explicaciones imposibles

En la vida cotidiana, las correlaciones suelen tener causas sencillas: si dos personas llevan el mismo paraguas, probablemente ambos vieron el mismo pronóstico del tiempo. La “no localidad” cuántica es distinta. Cuando dos laboratorios distantes miden partículas preparadas de forma especial, pueden obtener resultados que ninguna explicación basada en información compartida y causa y efecto ordinarios—limitados por la velocidad de la luz—puede reproducir por completo. Ese comportamiento, revelado por violaciones de desigualdades de Bell, sustenta la criptografía cuántica independiente del dispositivo y otras tecnologías de vanguardia.

Cuando compartir tiene límites estrictos

Los vínculos no locales cuánticos no son compartibles ilimitadamente. Si dos partes comparten las correlaciones no locales más fuertes posibles, una tercera parte no puede estar igual de conectada con ellas—una propiedad conocida como monogamia. Aun así, existen formas sorprendentes en que las correlaciones pueden propagarse. Trabajos anteriores mostraron un efecto afín llamado “transitividad del entrelazamiento”: en ciertos estados mixtos, si los sistemas A y B están entrelazados y B y C están entrelazados, entonces *cualquier* estado mayor compatible con estas dos piezas también debe dejar A y C entrelazados. Un efecto similar para la no localidad se había probado en un marco más abstracto, no necesariamente cuántico, pero durante más de una década se desconoció si podía ocurrir con sistemas cuánticos reales.

Construir piezas que fijan el todo

Los autores abordan este problema observando situaciones en las que conocer ciertos “fragmentos” de dos partículas de un sistema mayor determina de forma única el estado cuántico global completo. Un papel clave lo desempeña el llamado estado W, un estado especial de tres qubits donde exactamente una de las tres partículas está excitada pero todas comparten esa excitación de manera perfectamente simétrica. Cualquier reducción a dos partículas de un estado W se ve igual, y trabajos previos mostraron que, en ciertas redes sencillas, especificar estos estados de dos partículas ya determina el estado de todo el conjunto. Aquí, los autores generalizan esta idea: si a lo largo de una red en forma de árbol cada enlace está descrito por múltiples copias del mismo marginal del estado W, entonces el único estado global compatible es múltiples copias del estado W completo.

Forzar la no localidad a través de la red

Armados con esta propiedad de unicidad, los autores construyen estados cuánticos tripartitos de tres partes, A, B y C, cuyas reducciones bipartitas entre A y B y entre B y C no solo están entrelazadas sino que son demostrablemente no locales en el sentido de Bell. Debido a que estas dos reducciones fijan de forma única el estado tripartito completo, la reducción restante entre A y C ya no es libre de elegirse: queda forzada a ser un estado específico, y también puede demostrarse que este estado es no local, siempre que se consideren suficientes copias. De este modo, siempre que A–B y B–C compartan este tipo especial de estado no local, *cualquier* estado global compatible con esos hechos también debe hacer que A–C sea no local. Eso es precisamente la no localidad volviéndose transitiva a nivel de estados cuánticos.

Mundos cuánticos aleatorios que se comportan igual

Para comprobar cuán extendido puede ser este fenómeno, los autores exploran además un gran número de estados puros tripartitos elegidos al azar en sistemas cuánticos pequeños (qubits, qutrits y superiores). Para tres qutrits—sistemas con tres niveles en lugar de dos—encuentran que en aproximadamente el 11 por ciento de los casos, las tres reducciones bipartitas son no locales, y el par que involucra A–B y B–C vuelve a forzar que el par A–C sea no local siempre que se exija un estado cuántico global compatible. Esto sugiere que la no localidad transitiva no es una curiosidad rara, sino que puede aparecer de forma natural en sistemas cuánticos de mayor dimensión.

Por qué esto importa para futuras redes cuánticas

Para quienes no son expertos, la conclusión es que ciertas conexiones cuánticas se comportan más como una reacción en cadena que como enlaces aislados: lazos no locales fuertes y regidos por las normas en dos lados pueden obligar a un lazo similar en el tercer lado, sin dejar espacio para una explicación mundana. Esto arroja luz sobre cómo la realidad cuántica difiere de los modelos clásicos basados en causas ocultas, y apunta a beneficios prácticos. En futuras redes cuánticas, podría certificarse que dos nodos distantes comparten un recurso potente y no local simplemente probando sus enlaces con un hub central, sin tener que realizar las pruebas directas más difíciles sobre el par distante en sí.

Cita: Chen, KS., Tabia, G.N.M., Hsieh, CY. et al. Nonlocality of quantum states can be transitive. npj Quantum Inf 12, 37 (2026). https://doi.org/10.1038/s41534-025-01173-z

Palabras clave: no localidad cuántica, desigualdades de Bell, entrelazamiento, redes cuánticas, criptografía independiente del dispositivo