En el mundo de la física cuántica, los acontecimientos se desarrollan a una velocidad asombrosa. Procesos que antes se pensaba que ocurrían en un instante, como el entrelazamiento cuántico, ahora se están investigando en fracciones de segundo más pequeñas.
Es como congelar un momento fugaz para revelar detalles minuciosos ocultos a simple vista.
En colaboración con un equipo de investigadores de China, el profesor Joachim Burgdorfer y colegas de Instituto de Física Teórica En TU Wien medimos estos momentos fugaces para comprender cómo ocurre realmente el entrelazamiento cuántico.
Estos científicos no se centran en la existencia del entrelazamiento cuántico, pero están interesados en descubrir cómo comienza: ¿cómo exactamente dos partículas se entrelazan cuánticamente?
Comprender el entrelazamiento cuántico
Utilizando simulaciones informáticas avanzadas, pudieron vislumbrar procesos que ocurren en escalas de tiempo de attosegundos: milmillonésimas de milmillonésima de segundo.
El entrelazamiento cuántico es un fenómeno extraño y maravilloso en el que dos partículas se interconectan tanto que comparten un solo estado.
Es como tener dos monedas mágicas que siempre están en el mismo lado: lanza una y la otra mostrará misteriosamente el mismo resultado, incluso si están a kilómetros de distancia.
“Se puede decir que las partículas no tienen propiedades individuales, sino sólo propiedades compartidas, desde un punto de vista matemático, están estrechamente relacionadas, incluso si se encuentran en lugares completamente diferentes”, explica el profesor Burgdorfer.
Esto significa que la medición de una partícula afecta instantáneamente el estado de la otra partícula, independientemente de la distancia entre ellas.
En términos simples, las partículas entrelazadas comparten una conexión que les permite «hablar» entre sí instantáneamente. Mida una sola partícula e inmediatamente sabrá algo sobre su compañera.
Este extraño comportamiento desafía nuestra comprensión cotidiana de cómo funciona el mundo, haciendo del entrelazamiento uno de los conceptos más alucinantes de la física cuántica.
Experimentos con láser y electrones.
Aunque el concepto de entrelazamiento cuántico parece incomprensible, ya no es un tema de debate si es cierto o no, y de eso no se trata este estudio.
«A nosotros, en cambio, nos interesa otra cosa: descubrir cómo evolucionó este entrelazamiento y qué efectos físicos influyen en escalas de tiempo muy cortas», afirma la profesora Eva Brezinova, una de las investigadoras. autores de la investigación. Publicación actual.
Para explorar esto, el equipo observó átomos alcanzados por un intenso pulso láser de alta frecuencia. Imagínese alumbrar un átomo con una linterna superpoderosa.
Uno de los electrones se excita tanto que se libera y se va volando. Si el láser es lo suficientemente potente, otro electrón dentro del átomo también sufre una sacudida, moviéndose a un nivel de energía más alto y cambiando su órbita alrededor del núcleo.
Entonces, después de este intenso estallido de luz, un electrón se desprende por sí solo, dejando otro atrás, pero no exactamente igual que antes.
«Podemos demostrar que estos dos electrones están ahora entrelazados cuánticamente», afirma el profesor Burgdorfer. «Sólo se pueden analizar juntos, y se puede realizar una medición en un electrón y saber algo sobre el otro electrón al mismo tiempo».
Cuando el tiempo se vuelve borroso
Aquí es donde las cosas se ponen realmente interesantes. Un electrón que se va volando no tiene un momento específico en el que abandona el átomo.
“Esto significa que, en principio, se desconoce el momento de nacimiento del electrón que sale volando. Se podría decir que el propio electrón no sabe cuándo abandonó el átomo”, señala el profesor Burgdorfer.
Está en lo que se llama superposición cuántica, lo que significa que existe en múltiples estados a la vez.
Pero hay más. El momento en el que un electrón sale está relacionado con el estado energético del electrón que se queda atrás.
Si el electrón restante tiene una energía mayor, es probable que el electrón que sale se haya ido antes. Si estuviera en un estado de menor energía, el electrón probablemente saldría más tarde, en promedio después de unos 232 attosegundos.
Medir lo que no se puede medir
Un totosegundo es tan corto que está más allá de la capacidad de comprensión de la mayoría de las personas. Sin embargo, estas pequeñas diferencias no son sólo teóricas.
«Estas diferencias no sólo pueden calcularse, sino también medirse mediante experimentos», afirma el profesor Burgdorfer.
El equipo ideó un protocolo de medición que combina dos rayos láser diferentes para capturar este momento difícil de alcanzar.
Ya están colaborando con otros investigadores interesados en probar y monitorear estos entrelazamientos ultrarrápidos en el laboratorio.
¿Por qué es importante el entrelazamiento cuántico?
Comprender cómo se forman los entrelazamientos podría tener importantes implicaciones para las tecnologías cuánticas como la criptografía y la informática.
En lugar de simplemente intentar preservar el entrelazamiento, los científicos ahora pueden estudiar sus inicios. Esto puede conducir a nuevas formas de controlar los sistemas cuánticos y mejorar la seguridad de las comunicaciones cuánticas.
El viaje no termina aquí. El profesor Burgdorfer y su equipo están entusiasmados con los próximos pasos.
«Ya estamos en conversaciones con equipos de investigación que quieren probar entrelazamientos tan ultrarrápidos».
Al explorar en estas escalas de tiempo tan cortas, no sólo observan efectos cuánticos, sino que también redefinen cómo entendemos el tejido de la realidad.
El entrelazamiento cuántico y el futuro
Está claro que en el mundo cuántico, incluso los momentos más cortos contienen una gran cantidad de información.
“El electrón no salta simplemente del átomo, sino que es una onda que sale del átomo, por así decirlo, y tarda un tiempo determinado”, explica Eva Brezhenova.
«Es precisamente durante esta etapa cuando se produce el entrelazamiento», concluye, «y su efecto puede medirse posteriormente con precisión monitorizando los dos electrones».
Entonces, la próxima vez que parpadees, recuerda que en menos de una billonésima parte de ese tiempo, se desarrollan eventos cuánticos completos que revelan secretos que podrían cambiar el futuro de la tecnología y nuestra comprensión del universo.
El estudio completo fue publicado en la revista Cartas de revisión física.
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