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» » Experimento registra la rareza cuántica extrema

Referencia: AlphaGalileo.org. 9 de noviembre de 2015
“Experiment records extreme quantum weirdness”
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Un experimento en Singapur ha empujado la rareza cuántica cerca de su límite absoluto. Investigadores del Centro de Tecnologías Cuánticas (CQT), en la Universidad Nacional de Singapur, y la Universidad de Sevilla en España, han informado del 'entrelazamiento' más extremo entre pares de fotones jamás visto en laboratorio. El resultado fue publicado 30 de octubre 2015 en la revista Physical Review Letters.
Medida de precisión: Este experimento en el Centro de Quantum Technologies de Singapur ha realizado una medición registrada de entrelazamiento, acercándose al límite cuántico con extrema precisión. Crédito: Alessandro Cerè / Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore.
Este logro evidencia la validez de la física cuántica y reforzará la confianza en los programas para la criptografía y computación cuántica diseñados para explotar este fenómeno.

"Para trabajar como pretendemos en algunas tecnologías cuánticas, tenemos que estar seguros de que la física cuántica está completa", señala Poh Hou Shun, que llevó a cabo el experimento en CQT. "Nuestro nuevo resultado aumenta esa confianza".

Realismo local

El entrelazamiento supone que dos partículas, como los fotones, estén en un mismo estado conjunto. Una vez en tal estado, y aunque la partícula observada pueda parecer comportarse al azar, pero si se mide ambas partículas a la vez, se constata que están perfectamente sincronizadas.

Albert Einstein estuvo preocupado por esta predicción de la física cuántica. No le gustaba nada esa aleatoriedad que venía aparejada con una sola partícula. Él dijo: "Dios no juega a los dados". Tampoco le gustaban las correlaciones que venían con dos partículas. Se refirió a eso como la "acción fantasmal a distancia".

Desde la década de 1970, una serie de experimentos han estado recogiendo evidencias de que estas predicciones cuánticas son correctas. Recientemente, un experimento en los Países Bajos se convirtió en el primero en acabar con todas las suposiciones respecto a la recopilación de datos.

Técnicamente conocido como el "test de Bell de loophole-free", el experimento no da lugar a otro significado: las partículas entrelazadas se comportan al azar y se sincronizan sin intercambiar señales. (Los resultados aparecieron en la revista Nature el 21 de octubre de 2015, doi:10.1038/nature15759).

Entrelazado máximo

Rareza cuántica
En el laboratorio en Singapur, Poh y sus colegas, también realizaron la prueba de Bell. Pero en lugar de fisuras de cierre, su configuración empuja el entrelazamiento hasta su máximo teórico.

Ellos entrelazan los fotones con una luz láser a través de un cristal. Los fotones interactúan con el cristal de tal manera que, ocasionalmente, uno se divide en dos y el par emerge entrelazado. El equipo  controla los fotones con una gran variedad de lentes, espejos y demás elementos de óptica para optimizar el efecto.

Los investigadores observaron 33,2 millones de pares de fotones optimizados. Cada par dividido y los fotones medidos por separado, entonces se cuantifica la correlación entre los resultados.

En el test de Bell, la fuerza de la correlación nos indica si están o no entrelazados los fotones. Las medidas involucradas para ello son complejas, pero pueden reducirse a un número simple. Cualquier valor mayor que 2 resulta una evidencia de trabajo de tales efectos cuánticos. Aunque también existe un límite superior.

La física cuántica predice que la medida de correlación no puede ser más grande de lo 2sqrt(2) ~ 2,82843. En el experimento en CQT, midieron 2,82759 ± 0,00051 - 0,03% dentro del límite. Si el valor de pico fuese como la cima del Everest, esto estaría tan sólo a 2,6 metros por debajo de la cumbre.

Sin extensiones

El registro del resultado también descarta la extensión propuesta para la teoría cuántica. A principios de este año, Alexei Grinbaum, en el CEA en Francia, presentó un modelo en el que la física cuántica es sólo la descripción efectiva de una teoría más fundamental. Calculó un nuevo límite en la medida de correlación, utilizando las herramientas de la teoría de la información. Los cálculos se consideran como la cantidad de información que un observador puede retener cerca de un sistema de dos partículas, y dieron un límite en la medida de correlación de sólo 0,1% por debajo del límite cuántico.

"Se necesitaban mediciones más precisas para poder distinguir el límite cuántico, y ese fue nuestro logro", comentó Christian Kurtsiefer, investigador principal en CQT y co-autor del artículo. El resultado del equipo excede lo suficiente del límite Grinbaum como para descartar el modelo detrás de él.

El entrelazamiento no permite la comunicación más rápida que la luz, pero que puede ser utilizada para mensajería secreta y para acelerar algunos cálculos. La comprobación de que es posible alcanzar el límite cuántico para las correlaciones es valioso para estas aplicaciones: su seguridad y fiabilidad dependen de este límite que es fundamental.

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- Publicación: Approaching Tsirelson’s Bound in a Photon Pair Experiment. Hou Shun Poh, Siddarth K. Joshi, Alessandro Cerè, Adán Cabello, and Christian Kurtsiefer. Phys. Rev. Lett. 115, 180408 – Published 30 October 2015. dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.180408.
- Fuente: Universidad Nacional de Singapur.
Imágenes:
- Medición de precisión: Este experimento en el Centro de Quantum Technologies de Singapur ha realizado una medición registrada de entrelazamiento, acercándose al límite cuántico con extrema precisión. Crédito: Alessandro Cerè / Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore.
- Rareza cuántica: Para crear fotones entrelazados, un láser (en color púrpura) apunta a un cristal que divide algunos de los fotones en dos. Estos fotones emergen entrelazados. El láser rojo no forma parte del experimento, pero muestra la ruta que siguen los fotones entrelazados. Crédito: Alessandro Cerè / Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore.

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