Investigadores del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague han logrado la primicia de entrelazar -poner en comunicación- dos objetos cuánticos distantes muy diferentes.

El resultado tiene varias aplicaciones potenciales en la detección ultraprecisa y la comunicación cuántica y ahora se publica en Nature Physics.

El entrelazamiento es la base de la comunicación cuántica y la detección cuántica. Puede entenderse como un vínculo cuántico entre dos objetos que hace que se comporten como un solo objeto cuántico.

Los investigadores lograron entrelazar un oscilador mecánico (una membrana dieléctrica vibrante) y una nube de átomos, cada uno actuando como un imán diminuto, o lo que los físicos llaman “espín”.

Estas entidades tan diferentes eran posibles de entrelazar conectándolas con fotones, partículas de luz. Los átomos pueden ser útiles para procesar información cuántica y la membrana, o los sistemas cuánticos mecánicos en general, pueden ser útiles para almacenar información cuántica.

El profesor Eugene Polzik, quien dirigió el esfuerzo, afirma en un comunicado: “Con esta nueva técnica, estamos en camino de ampliar los límites de las posibilidades de entrelazamiento. Cuanto más grandes son los objetos, más separados están, más dispares son, se logra un entrelazamiento más interesante tanto desde la perspectiva fundamental como aplicada. Con el nuevo resultado, se ha hecho posible el entrelazamiento entre objetos muy diferentes”.

Para comprender el entrelazamiento, siguiendo el ejemplo de los espines entrelazados con una membrana mecánica, ponen como ejemplo la posición de la membrana vibratoria y la inclinación del espín total de todos los átomos, similar a una peonza. Si ambos objetos se mueven al azar, pero si se observa que se mueven hacia la derecha o hacia la izquierda al mismo tiempo, eso se llama correlación. Tal movimiento correlacionado normalmente se limita al llamado movimiento de punto cero, el movimiento residual no correlacionado de toda la materia que ocurre incluso a la temperatura del cero absoluto. Esto limita el conocimiento sobre cualquiera de los sistemas.

En su experimento, el equipo de Eugene Polzik entrelazó los sistemas, lo que significa que se mueven de forma correlacionada con una precisión mejor que el movimiento de punto cero. “La mecánica cuántica es como un arma de doble filo: nos brinda nuevas tecnologías maravillosas, pero también limita la precisión de las mediciones que parecerían fáciles desde un punto de vista clásico”, dice un miembro del equipo, Michael Parniak. Los sistemas entrelazados pueden permanecer perfectamente correlacionados incluso si están a distancia unos de otros, una característica que ha desconcertado a los investigadores desde el nacimiento mismo de la mecánica cuántica hace más de 100 años.

Existe una posibilidad bastante inmediata para la aplicación de la técnica en la detección tanto de osciladores pequeños como grandes.

Ondas gravitacionales

Una de las mayores noticias científicas de los últimos años fue la primera detección de ondas gravitacionales, realizada por el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO).

LIGO detecta y mide ondas extremadamente débiles causadas por eventos astronómicos en el espacio profundo, como fusiones de agujeros negros o fusiones de estrellas de neutrones. Las ondas se pueden observar porque sacuden los espejos del interferómetro. Pero incluso la sensibilidad de LIGO está limitada por la mecánica cuántica porque los espejos del interferómetro láser también son sacudidos por las fluctuaciones del punto cero. Esas fluctuaciones conducen al ruido que impide la observación del pequeño movimiento de los espejos causado por las ondas gravitacionales.

En principio, es posible generar un entrelazamiento de los espejos LIGO con una nube atómica y así cancelar el ruido de punto cero de los espejos de la misma manera que lo hace con el ruido de membrana en el presente experimento. La perfecta correlación entre los espejos y los espines atómicos debido a su entrelazamiento se puede utilizar en dichos sensores para borrar virtualmente la incertidumbre.

Simplemente requiere tomar información de un sistema y aplicar el conocimiento al otro. De esta manera, uno podría aprender sobre la posición y el impulso de los espejos de LIGO al mismo tiempo, entrando en un subespacio llamado libre de mecánica cuántica y dando un paso hacia la precisión ilimitada de las mediciones de movimiento. Un experimento modelo que demuestra este principio está en camino en el laboratorio de Eugene Polzik.

Fuente: EP