Tendencias21
Registran en imágenes la decoherencia cuántica de fotones

Registran en imágenes la decoherencia cuántica de fotones

Científicos del Laboratorio Kastler Brosser del CNRS francés han conseguido, por vez primera, « fotografiar » el paso de las partículas que componen la luz (los fotones) de un estado cuántico a otro. Hasta ahora, se había podido hacer este mismo registro con átomos, electrones, iones y otras partículas, pero no se habían podido “ver” los fotones, que normalmente son destruidos cuando llegan a ser detectados. Una serie de gráficos relacionados con los cambios en los estados permitieron registrar la evolución de los fotones, atrapados en una cavidad de microondas. De esta forma, los científicos han podido definir la estructura de la decoherencia cuántica a escala microscópica, lo que abre una vía a su futura manipulación para la preservación de las propiedades cuánticas, esenciales para el desarrollo de los ordenadores cuánticos del futuro. Por Yaiza Martínez.

Registran en imágenes la decoherencia cuántica de fotones

Científicos del Laboratorio Kastler Brosser del CNRS francés han conseguido « fotografiar » fotones (partículas portadoras de todas las formas de radiación electromagnética, entre ellas la luz) deslizándose de un estado cuántico frágil a un estado estable clásico. De esta forma, la famosa paradoja del gato de Schrödinger, a escala microscópica, se ha podido registrar en imágenes.

En 1935, el físico Erwin Schrödinger trató de explicar la intricación cuántica y la superposición de estados con un experimento tan sencillo como inquietante: en una caja cerrada y opaca se mete un gato, una botella de gas venenoso, un átomo radioactivo con un 50% de probabilidades de desintegrarse y un dispositivo que, de desintegrarse la partícula, rompería la botella, produciendo la muerte del gato por envenenamiento.

Por tanto, el destino del gato dependía de un solo átomo que actuaría según la mecánica cuántica, por lo que todo el sistema estaría sometido a sus leyes. La llamada “interpretación de Copenhague” señala que estas leyes funcionan de la siguiente manera: mientras no abramos la caja, el gato está a un tiempo muerto y vivo y que sólo la acción de abrir la caja y observarlo reduce las probabilidades a una de ellas.

Siguiendo la evolución del gato

El rato en que el gato puede estar vivo o muerto es lo que se denomina una “superposición de estados” o superposición cuántica. Se trata de un estado evidentemente paradójico, pero que refleja el funcionamiento de la materia a escala subatómica.

Esta paradoja se resuelve en parte gracias a la teoría de la decoherencia cuántica, de la que ya hemos hablado en Tendencias21, que señala que el proceso físico conocido como «reducción del paquete de ondas», es decir, el proceso que reduce la superposición de estados de probabilidad concretando uno de ellos en el universo macrofísico en el que desenvolvemos nuestra existencia cotidiana (el gato está vivo o muerto), se produce por la interacción de los sistemas macroscópicos con su propio entorno.

Ahora, la decoherencia cuántica ha podido por fin ser registrada. Este registro permitió ver cómo los fotones analizados pasaban de un estado cuántico de superposición a un estado estable, siguiendo etapas intermedias. Es decir, siguiendo el ejemplo de Schrödinger, es como si se hubiera fotografiado el proceso mediante el cual el gato aparece vivo o muerto.

Según explicaron los científicos en Nature, en dicho registro se obtuvieron imágenes de estados coherentes, de estados de Fock (cualquier estado del espacio de Fock con un número bien definido de partículas en cada estado), y de estados de “gato de Schrödinger”.

Gráfico de los momentos sucesivos

Los investigadores escribieron asimismo en Nature que anteriormente se había podido hacer este mismo registro con átomos, electrones, iones y otras partículas, pero no habían podido “ver” los fotones, que normalmente son destruidos cuando llegan a ser detectados.

Atraparlos para su estudio ha supuesto un auténtico desafío porque las cavidades necesarias para el experimento deben almacenar la luz durante el tiempo suficiente para registrar la evolución de los fotones.

Una vez conseguida la cavidad necesaria, los científicos siguieron la evolución de la decoherencia cuántica reconstruyendo las tomas instantáneas de los estados de “gato de Schrödinger” en momentos sucesivos. Según los investigadores, este procedimiento de reconstrucción será una herramienta útil para posteriores estudios de la decoherencia cuántica.

El Laboratorio Kastler Brosser, por su parte, explica en un comunicado, que la cavidad en la que se atraparon los fotones durante un tiempo lo suficientemente largo como para observar su evolución es una cavidad de microondas. Dicha evaluación fue representada por gráficos en relieve. Cada punto de estos gráficos había sido asociado a un valor de la amplitud y la fase del campo electromagnético estudiado.

Hacia el ordenador cuántico

Los estados cuánticos de “gato de Schrödinger” fueron descritos por gráficos que revelaron la fragilidad de los estados no clásicos, que son rápidamente traídos de vuelta a los estados clásicos o coherentes.

La posibilidad de registrar este fenómeno de la decoherencia resulta esencial para la comprensión de la transición entre la física cuántica y la física clásica. Según los científicos, de hecho este experimento abriría la puerta a la manipulación y el control de la decoherencia.

Observar este fenómeno en directo permitiría, además, poner en marcha procedimientos de “retro-acción cuántica” en los que los átomos serán utilizados para restablecer las oscilaciones cuánticas del gráfico del campo, y así preservar sus propiedades cuánticas, importantes para la realización de operaciones de información cuántica.

En otras palabras, el método permitirá conservar durante más tiempo las propiedades cuánticas de la luz, lo que supone un paso adelante en el futuro desarrollo de los ordenadores cuánticos.

Antecedentes

El año pasado informamos ya en Tendencias21 del logro, por parte de este mismo laboratorio, de la filmación por primera vez de la vida y muerte de un fotón. Entonces, se consiguió, tras quince años de esfuerzo, medir el estado de un fotón sin destruirlo.

Gracias a una elaborada técnica, los científicos atraparon un único fotón dentro de una cavidad superconductora para observar, en tiempo real, su nacimiento, vida y muerte durante un intervalo de tiempo de segundos.

Este experimento abrió entonces la posibilidad de extraer repetidamente información del mismo fotón, que de esta forma podría compartir su información con un conjunto de átomos y conformar un “entrelazamiento cuántico” de luz o materia, básico para la fabricación de los ordenadores cuánticos.

Yaiza Martinez

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Descubren una extraña combinación de minerales en las muestras lunares de la misión Chang'e-5 de China 9 febrero, 2024
    Los minerales antiguos y nuevos identificados en las muestras lunares traídas por la misión Chang'e-5 de China están ayudando a los científicos a comprender mejor la historia de la Luna: ahora, los especialistas han descubierto más propiedades del sexto nuevo mineral lunar, llamado Changesite-(Y). Además, otros compuestos hallados, la seifertita y la stishovita, pueden coexistir […]
    Pablo Javier Piacente
  • Los robots que atienden a pacientes llegan a los hospitales 9 febrero, 2024
    Robots diseñados para brindar comodidad a los pacientes de edad avanzada y aliviar su ansiedad, han sido probados con éxito en un hospital de París: saludan, responden a preguntas, comprenden conversaciones grupales y apoyan las tareas de enfermería.
    Redacción T21
  • 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