Récord de fotones enlazados en un limbo cuántico

Los físicos entrelazan cinco partículas que existen en dos estados

Los investigadores han combinado dos de las extrañas propiedades del mundo cuántico para establecer un nuevo récord, entrelazando inextricablemente, o «enredando», cinco partículas de luz que poseen la extraña característica de la «superposición«.

La superposición es una condición en la que una partícula de luz, o fotón, existe en los dos estados posibles a la vez. El nuevo trabajo, descrito por los investigadores israelíes en el ejemplar de Science del 14 de mayo, allana el camino a los físicos de partículas para un mejor control de partículas que están superpuestas y unidas por un entrelazamiento cuántico. Entre las aplicaciones potenciales está el logro de mejores microscopios u otros instrumentos que impliquen luz, o incluso futuros dispositivos de medición cuánticos.

«En realidad, es un paso importante y una gran idea», dijo Christoph Wildfeuer, físico de la Universidad Estatal de Louisiana en Baton Rouge, que no participó en el trabajo.

La superposición sólo existe en el mundo cuántico y es, quizás, muy conocida por el ejemplo del gato de Schrödinger. El físico Erwin Schrödinger propuso un experimento imaginario en el que un gato es puesto en una caja cerrada con una sustancia radiactiva que podría desintegrarse, o no, y al hacerlo abrir una botella de gas venenoso. Hasta que se abre la caja y se observa su contenido, el gato existe en una superposición: está a la vez vivo y muerto.

Del mismo modo, los fotones que circulan por el nuevo experimento existen en varios estados al mismo tiempo. Imaginemos, por ejemplo, que los fotones se aproxima a un cruce, donde cualquiera podía girar a la izquierda o continuar hacia adelante. Los fotones superpuestos no hacen ninguna de las dos cosas, sino ambas a la vez, lo que hace que su verdadera ubicación resulte indefinida.

Esta disposición se conoce generalmente como «estado NOON» porque la ecuación que describe se parece a la palabra NOON incrustada en un mar de notaciones matemáticas. Cuando están involucrados más de dos fotones, esto se llama un estado «NOON elevado».

El entrelazamiento es la segunda característica extraña del mundo cuántico, en la que las partículas pueden estar relacionados con otras partículas de manera fundamental. Cambinado la dirección del spin de una partícula entrelazada, por ejemplo, se cambiará instantáneamente la dirección del spin de su socia entrelazada, aunque las dos estén muy separadas físicamente.

Los experimentos anteriores han entrelazado un máximo de tres fotones en estados NOON, y hasta seis en estados no NOON. Pero cinco es un récord para los estados NOON.

En el 2007, un equipo de investigación publicó diferentes trabajos teóricos sugiriendo una manera de entrelazar fotones NOON por medio del envío de luz láser a través de un divisor de haz en laboratorio. Siguiendo esta idea, los investigadores israelíes enviaron una corriente de fotones ordinarios al divisor de haz, junto con una segunda corriente convertida para tener el doble de cantidad de fotones con la mitad de la energía. Después de pasar por el divisor de haz, ambas corrientes adquirieron estados NOON.

Los investigadores recombinaron entonces las dos corrientes, y el patrón resultante de luz superpuesta confirmó que los fotones estaban entrelazados. «Es como si [los fotones] se hubiesen reunido y decidieran qué hacer», dice Itai Afek, estudiante graduado en el Instituto Científico Weizmann en Rehovot, Israel, y coautor del artículo de Science.

Convertir lo observado en el laboratorio en aplicaciones prácticas llevará algún tiempo, sin embargo. Afek piensa que el primer uso podría ser en la nitidez de las imágenes tomadas por los microscopios de luz. También podrían beneficiarse otros instrumentos que separan la luz y luego la recombinan, como los interferómetros que se utilizan para la búsqueda de ondas en el espacio-tiempo, dice Wildfeuer.

La clave será lograr más y más fotones NOON para entrelazar. En teoría, el método de Weizmann debería ser fácilmente escalable para que trabaje con una mayor catidad de fotones. Pero sólo una pequeña cantidad de los fotones que se ponen al inicio llega a para ser medidos al final. Para entrelazar un montón de fotones, los investigadores deben poner a punto sus equipos para que muchos fotones sobrevivan, de ser posible, dice Afek.

Eventualmente, estos estudios podrían cerrar la brecha entre el mundo cuántico y no cuántico, dice el físico Holger Hofmann de la Universidad de Hiroshima en Japón, que dirigió el trabajo teórico del 2007. El nuevo estudio, dice, «es un signo alentador de que las características cuánticas de los estados multifotónicos pueden ser más accesibles e intuitivas de lo que indican muchos de los debates abstractos».

Fuente: Science News. Aportado por Eduardo J. Carletti

Más información: