Estudiando un sistema que forma parejas de materia y luz juntos, como ocurre en el universo, los investigadores han encontrado ahora que cruzando una transición de fase cuántica a velocidades intermedias se genera la estructura más rica, más compleja. Esta estructura se asemeja a ‘imperfecciones’ en un espacio que de otro modo sería liso y vacío
Los resultados se publican en Physical Review A, revista principal de la American Physical Society.
«Nuestros hallazgos sugieren que el universo fue ‘cocinado’ a justo la velocidad correcta», dice Neil Johnson, profesor de física en la Escuela de Artes y Ciencias de la Universidad de Miami y uno de los autores del estudio. «Nuestro trabajo proporciona un modelo simple que se puede realizar en un chip de laboratorio, para explorar cómo se desarrolla esta estructura imperfecta cuando cambia la velocidad de cocinado.»
El gran misterio sobre el origen del universo es cómo lograron evolucionar de la nada los cúmulos de estrellas, sistemas planetarios, galaxias y otros objetos que ahora vemos. Existe la creencia generalizada dentro de la comunidad científica de que el nacimiento de la estructura del universo se encuentra en el cruce de una transición de fase cuántica, y que cuanto más rápido se cruza la transición, más estructura se genera. Los nuevos resultados contradicen esa creencia.
El estudio arroja nueva luz sobre cómo generar, controlar y manipular el entrelazamiento cuántico, ya que las imperfecciones contienen grupos de entrelazamiento cuántico de todos los tamaños. Los resultados son la clave para una nueva generación de tecnologías futuristas; en particular, la computación cuántica ultrarrápida, la criptografía cuántica ultra segura, la metrología cuántica de alta precisión y hasta la teletransportación cuántica de información.
«El entrelazamiento cuántico es como el ‘bitcoin‘ que financia el universo en términos de interacciones e información», dijo Johnson. «Es la salsa mágica que une a todos los objetos en el universo, incluyendo la luz y la materia.»
En el mundo cotidiano, una sustancia puede someterse a una transición de fase a diferentes temperaturas; por ejemplo, el agua se convertirá en hielo o vapor cuando esté lo suficientemente fría o caliente. Pero en el mundo cuántico, el sistema puede someterse a una transición de fase a temperatura de cero absoluto, simplemente cambiando la cantidad de interacción entre la luz y la materia. Esta transición de fase genera entrelazamiento cuántico en el proceso.
A Johnson le gusta comparar la aparición de estructuras de luz-materia altamente entrelazadas, cuando se cruza la transición de fase cuántica, con la forma en que aparecen de la «nada» trozos de gachas de cuando se calienta la leche y la avena.
«Si cruzas la transición a la velocidad adecuada (cocinando a la velocidad correcta), las estructuras (protuberancias) que aparecen son mucho más complejas —más ‘sabrosas’— que si se cruza rápido o lento», dice Johnson. «Dedido a que se está cruzando una transición de fase cuántica, las estructuras que aparecen contienen grupos de entrelazamiento cuántico».
Los resultados del estudio, titulado «Enhanced dynamic light-matter entanglement from driving neither too fast nor too slow«, son fuertes para una amplia gama de tamaños de los sistemas, y el efecto se puede realizar por medio de montajes experimentales existentes, en condiciones realistas. O.L. Acevedo, de la Universidad de los Andes, Colombia, es el autor principal del estudio. Otros co-autores de la Universidad de los Andes son L. Quiroga y F.J. Rodríguez.
«Entender el entrelazamiento cuántico en los sistemas de luz-materia es sin duda el problema fundamental de la física», dijo Johnson.
El documento actual abre una nueva línea de investigación en esta área. Además, proporciona una oportunidad única para diseñar y construir nuevos sistemas en nanoestructura que aprovechan y manipulan efectos de entrelazamiento cuántico. Los investigadores ahora están buscando especificar las condiciones precisas que necesitarán los experimentadores con el fin de ver el efecto de entrelazamiento cuántico mejorado que predicen.
Universidad de Miami. «Un nuevo estudio predice un efecto Ricitos de Oro cuántico: todo con moderación». ScienceDaily.
Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti
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