Tendencias21
El misterio del entrelazamiento cuántico se recrea cada vez mejor en laboratorio

El misterio del entrelazamiento cuántico se recrea cada vez mejor en laboratorio

El entrelazamiento cuántico es uno de los vectores tecnológicos más avanzados, aunque suena a ciencia ficción que dos dados separados por kilómetros muestren siempre la misma cara tras un encuentro fortuito. La técnica se perfecciona para replicarlo cada vez mejor en laboratorio.

Nicholas Bornman (*)

El «entrelazamiento cuántico» es uno de los varios dispositivos de la trama que aparecen en las películas de ciencia ficción modernas.

Los fanáticos de las películas de superhéroes de Marvel, por ejemplo, estarán familiarizados con la idea de que diferentes líneas de tiempo se fusionan y se cruzan, o que los destinos de los personajes se entrelazan a través de medios aparentemente mágicos.

Pero «entrelazamiento cuántico» no es solo una palabra de moda de ciencia ficción. Es un fenómeno muy real, desconcertante y útil.

El «entrelazamiento» es un aspecto de la colección más amplia de ideas en física conocida como mecánica cuántica, que es una teoría que describe el comportamiento de la naturaleza a nivel atómico, e incluso subatómico.

Comprender y aprovechar el entrelazamiento es clave para crear muchas tecnologías de vanguardia. Estas incluyen las computadoras cuánticas, que pueden resolver ciertos problemas mucho más rápido que las computadoras ordinarias, y los dispositivos de comunicación cuántica, que nos permitirían comunicarnos entre nosotros sin la más mínima posibilidad de que un fisgón nos escuche.

Pero, ¿qué es exactamente el entrelazamiento cuántico?

En mecánica cuántica, se dice que dos partículas están entrelazadas cuando una de las partículas no se puede describir perfectamente sin incluir toda la información sobre la otra: las partículas están «conectadas» de tal manera que no son independientes entre sí.

Si bien este tipo de idea puede parecer tener sentido a primera vista, es un concepto difícil de comprender, y los físicos aún están aprendiendo más al respecto.

Tema relacionado: El entrelazamiento cuántico funciona también en objetos masivos

Jugando a los dados

Supongamos que les doy a usted y a su amiga Thandi, a cada una, una pequeña caja negra opaca. Cada caja contiene un dado ordinario de seis caras. A ambas se les dice que agiten ligeramente sus cajas para mover los dados.

Entonces, ambas se separan. Thandi regresa a su casa en una ciudad sudafricana, Ciudad del Cabo; y usted regresa a otra ciudad, Durban. No se comunican entre sí durante el trayecto. Cuando llegan a sus casas, cada una de ustedes abre su caja y mira el número que muestra su dado en la cara superior.

Por lo general, no habría correlación entre los números que ven usted y Thandi. Es igualmente probable que ella observe cualquier número entre 1 y 6, al igual que usted.

Y lo que es más importante, el número que ve en su dado no tendría nada que ver con el número que ve Thandi en el suyo. Esto no es sorprendente; de ​​hecho, así es como funciona normalmente el mundo.

Sin embargo, si pudiéramos hacer este ejemplo «cuántico», los dados podrían comportarse de manera muy diferente. Supongamos que ahora les digo a Thandi y a usted que choquen sus cajas entre sí, antes de sacudirlas por separado y tomar caminos diferentes.

En una analogía de la mecánica cuántica, esta acción de chocar las dos cajas entre sí encantaría a los dados y los enlazaría, o enredaría, de una manera misteriosa: una vez que cada una llega a casa, abre su caja y mira cómo ha quedado el dado: su número y el de Thandi estarán perfectamente correlacionados. Si ve un ‘4’ en Durban, sabrá que Thandi en Ciudad del Cabo también tiene la garantía de mostrar un ‘4’ en su dado; si ve un ‘6’, ella también lo verá.

En esta analogía, los dados representan partículas individuales (como átomos o partículas de luz llamadas fotones) y el acto mágico de juntar las cajas físicamente es lo que las enreda, de modo que medir un dado nos da información sobre el otro.

Haciendo un mejor enredo

Hasta donde sabemos, no existe una acción mágica de chocar cajas para encantar un par de dados u otros objetos en nuestra escala macroscópica humana (si la hubiera, podríamos experimentar la mecánica cuántica en nuestra vida cotidiana y probablemente no sería un concepto tan extraño y desconcertante).

Por ahora, sin embargo, los científicos deben contentarse con usar cosas a nivel microscópico, donde es mucho más fácil observar efectos cuánticos, como átomos cargados llamados iones o dispositivos superconductores especiales llamados transmon .

Este es el tipo de trabajo que se lleva a cabo en el Laboratorio de Luz Estructurada de la Universidad de Witwatersrand, en Sudáfrica.

Sin embargo, en lugar de iones o transmons, los investigadores del laboratorio utilizamos partículas de luz, llamadas fotones, para comprender mejor la mecánica cuántica y sus implicaciones.

Estamos interesados ​​en utilizar la naturaleza cuántica de la luz para una variedad de propósitos: desde diseñar sistemas de comunicación eficientes que sean completamente imposibles de piratear por un tercero malévolo, hasta crear métodos para obtener imágenes de muestras biológicas sensibles sin dañarlas.

Estudios como este a menudo requieren que comencemos con estados especialmente creados de fotones entrelazados. Pero no es tan simple como poner dos dados en cajas separadas y chocarlas entre sí.

Los procesos utilizados para crear fotones entrelazados en un laboratorio real están limitados por muchas variables experimentales, como la forma de los rayos láser utilizados en experimentos y los tamaños de pequeños cristales donde se crean los fotones entrelazados.

Gestionando el entrelazamiento

Estos trabajos pueden dar resultados insatisfactorios, o estados no ideales, que requieren que los investigadores desechen selectivamente algunas mediciones una vez que se realiza un experimento. Esta no es una situación óptima: los fotones se descartan y, por lo tanto, se desperdicia energía.

Un grupo de investigadores del laboratorio, entre ellos yo mismo, recientemente dimos un paso hacia la solución de este problema.

En un artículo de una revista, calculamos matemáticamente cuál debe ser la forma óptima del láser para, de la mejor manera posible, crear el estado entrelazado con el que un experimentador querría comenzar su experimento.

El método propone cambiar la forma del rayo láser de entrada al comienzo de un experimento, para maximizar el proceso de creación de fotones entrelazados en una segunda fase del experimento.

Esto significará que habrá más fotones disponibles para realizar un experimento de la manera que desee y menos fotones extraviados.

Mejorar la eficiencia del proceso de creación y manipulación de entrelazamientos, utilizando técnicas como la propuesta, será importante para optimizar la eficiencia de una serie de otras tecnologías cuánticas, como los sistemas de criptografía cuántica y las otras tecnologías ya mencionadas.

Esto es especialmente importante a medida que avanza la cuarta revolución industrial a nivel mundial y que las tecnologías con mecánica cuántica en sus núcleos, sin duda, se vuelven más comunes.

 

(*) Nicholas Bornman es estudiante de postgrado en la Universidad de Witwatersrand en Sudáfrica. Este artículo se publicó originalmente en inglés en The Conversation. Se reproduce con autorización.

Foto superior: Geraltd. Pixabay.

Firma invitada

1 comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Una pequeña luna de Saturno parecida a la “Estrella de la Muerte” de Star Wars contiene un océano oculto 8 febrero, 2024
    Por debajo de la superficie repleta de cráteres de Mimas, una de las lunas más pequeñas de Saturno, se esconde un océano global de agua líquida de reciente formación. El satélite posee tan sólo unos 400 kilómetros de diámetro y presenta un notable parecido con la “Estrella de la Muerte”, una estación espacial imperial que […]
    Pablo Javier Piacente
  • Logran controlar un objeto virtual con la mente durante un sueño lúcido 8 febrero, 2024
    Un grupo de participantes en un nuevo estudio científico logró manejar un vehículo virtual a través de un avatar únicamente con su mente, mientras sus cerebros permanecían en la fase REM del sueño. Además de profundizar en los misterios de la consciencia humana, la innovación podría facilitar el acceso a nuevos desarrollos tecnológicos, como un […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un proyecto global trabaja para crear de forma colaborativa un cerebro robótico general 8 febrero, 2024
    El auge de la inteligencia artificial generativa impulsa un proyecto global que trabaja para crear un cerebro robótico general, capaz de generar androides como los que hemos visto hasta ahora solo en la ciencia ficción. Pero es cuestión de tiempo que convivamos con ellos en perfecta armonía. Ya no es una utopía.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • La IA está capacitada para resolver dilemas morales cuando conduce vehículos autónomos 8 febrero, 2024
    Los sistemas de IA muestran significativas similitudes éticas con las reacciones humanas ante dilemas morales, lo que los acreditan para conducir vehículos autónomos tal como lo harían las personas.
    Redacción T21
  • Los huracanes se están volviendo tan fuertes que ya no existen categorías para clasificarlos 7 febrero, 2024
    Cinco tormentas en la última década tuvieron velocidades de viento que pertenecen a una hipotética categoría 6 en la escala de huracanes Saffir-Simpson: el fenómeno obligaría a los científicos a crear una nueva clasificación, capaz de reflejar la virulencia de los huracanes en la actualidad. Las causas principales del fenómeno tienen su origen en el […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un asteroide habría explotado sobre la Antártida hace unos 2,5 millones de años 7 febrero, 2024
    Un asteroide se desintegró sobre el continente antártico hace aproximadamente 2,5 millones de años: la evidencia proviene de un análisis químico de más de 100 pequeños trozos de roca extraterrestre, que se han preservado dentro de las enormes capas de hielo. Hasta el momento, solo se conocen otros dos eventos de explosiones aéreas antiguas en […]
    Pablo Javier Piacente
  • Crean la primera niña de inteligencia artificial del mundo 7 febrero, 2024
    La primera niña IA del mundo ha sido creada por científicos chinos, que la han dotado de emociones e intelecto y de la capacidad de aprender de forma autónoma. Se comporta como si tuviera tres o cuatro años y representa un avance significativo para el campo de la inteligencia artificial general.
    Redacción T21
  • Oponerse a la regulación de los pesticidas no es la solución al problema de los agricultores 7 febrero, 2024
    Los agricultores que se movilizan en España y Europa se oponen con firmeza a las nuevas regulaciones europeas en materia de pesticidas, lo que representa una amenaza mayor para la salud pública que tener una central nuclear al lado de casa: estos químicos han costado miles de vidas y enfermos crónicos, al tiempo que han […]
    Eduardo Costas | Catedrático de la UCM y Académico de Farmacia
  • El arte existió antes del surgimiento de los humanos modernos 6 febrero, 2024
    Nuevas investigaciones sugieren que nuestros parientes humanos arcaicos, como los neandertales, ya contaban con las capacidades cognitivas para desarrollar arte: el hallazgo de ejemplos cada vez más antiguos de expresión artística en el registro arqueológico confirmaría esta hipótesis. Sin embargo, aún se discute si estas manifestaciones creativas pueden catalogarse como arte.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren una nueva supertierra que podría ser un mundo habitable 6 febrero, 2024
    Un planeta extrasolar del tipo supertierra, denominado TOI-715 b y aproximadamente una vez y media más ancho que la Tierra, podría ser capaz de albergar vida: orbita dentro de la zona habitable de una enana roja, a escasa distancia de nuestro planeta. Además, podría estar acompañado de otro cuerpo planetario, con un tamaño casi idéntico al […]
    Pablo Javier Piacente