Seis ondas de luz generadas por una fuente de luz láser simple han sido entrelazadas en experimentos de mecánica cuántica realizados con un oscilador paramétrico óptico en Brasil.

El físico austriaco Erwin Schrödinger (1887-1961) consideró el entrelazamiento como la propiedad más interesante de la mecánica cuántica. En su opinión, fue este fenómeno el que verdaderamente distingue al mundo cuántico del mundo clásico.

El entrelazamiento se produce cuando grupos de partículas u ondas se crean o interactúan de tal forma que el estado cuántico de cada partícula u onda no puede describirse independientemente de los demás, por muy alejados que estén.

“Nuestra plataforma es capaz de generar un entrelazamiento masivo de muchos modos ópticos con frecuencias diferentes pero bien definidas, como si conectara los nodos de una gran red. Los estados cuánticos así producidos pueden controlarse con un solo parámetro: la potencia del láser externo que impulsa el sistema”, dijo Marcelo Martinelli, uno de los coordinadores de los experimentos. Martinelli es profesor en IF-USP (Instituto de Física de la Universidad de São Paulo) e investigador principal del proyecto.

Los artículos sobre estos experimentos han sido publicados en Physical Review Letters y Physical Review A.

“El entrelazamiento es una propiedad que implica correlaciones cuánticas entre distintos sistemas”, dijo Martinelli. “Estas correlaciones son un activo importante que puede hacer que las computadoras cuánticas sean superiores a las computadoras electrónicas tradicionales al realizar tareas como simulaciones o factorización de números primos, una operación crítica para la seguridad de los datos en el mundo actual. Por esta razón, la creación de sistemas con múltiples componentes entrelazados esun desafío importante en la implementación de las ideas de la teoría de la información cuántica”.

Procesamiento más rápido

En investigaciones anteriores, el equipo IF-USP enredó dos y tres modos con el oscilador paramétrico óptico. Sus últimos experimentos han duplicado el espacio disponible para codificar la información.

Esta idea es más fácil de entender a través de una analogía. El bit clásico es un sistema de dos estados que puede estar en un solo estado en cualquier momento dado, ya sea cero o uno. Esta es la base de la lógica binaria. El qubit (bit cuántico) puede representar un uno, un cero o cualquier superposición cuántica de estos dos estados, por lo que puede codificar más información que un bit clásico.

El entrelazamiento corresponde a la correlación no local de varios qubits. La no localidad es una característica intrínseca de la naturaleza y una de las diferencias clave entre la física cuántica y la física clásica, que solo reconoce las correlaciones locales. Martinelli explicó cómo se demuestra este principio general en los experimentos.

“Un láser suministra toda la energía para el proceso. El haz de luz producido por este láser golpea un cristal y genera otros dos campos, que mantienen las características del láser: luz monocromática intensa con frecuencias bien definidas. Por lo tanto, el sistema ahora consiste en tres campos intensos. Cada campo intenso combina un par de campos extremadamente débiles, de modo que los seis campos están acoplados al campo principal. Las correlaciones entre ellos son más fuertes que las correlaciones que son factibles si se utilizan láseres independientes”.

El dispositivo que genera los estados entrelazados, el oscilador paramétrico óptico, consiste en un pequeño cristal entre dos espejos. El cristal mide 1 cm de largo y la distancia entre los espejos es inferior a 5 cm. Sin embargo, como el enfriamiento es una condición necesaria para el proceso, el cristal y los espejos se colocan dentro de una caja de aluminio en el vacío para evitar la condensación y evitar que el sistema se congele.

La información que puede ser codificada por una sola onda está limitada por el principio de incertidumbre. En este caso, la amplitud y la fase de la onda se comportan como análogos de la posición y velocidad de la partícula, las variables consideradas por Werner Heisenberg (1901-76) al formular el principio.

“Con el entrelazamiento, parte de la información en cada onda en particular se pierde, pero la información global en el sistema se preserva, en una forma compartida”, dijo Martinelli. “Compartir significa que cuando observamos una sola onda, recibimos información sobre las otras cinco al mismo tiempo. Cada haz va a un detector, y esta distribución de la información en unidades independientes aumenta la velocidad de procesamiento”.

Las seis ondas comprenden un conjunto. Cuando se obtiene información de una onda, se obtiene información sobre todo el sistema. Cuando se cambia una, se cambia todo el sistema.

Fuente: EP