Caliente y desordenado: físicos logran entrelazamiento cuántico en 15 billones de átomos

Ilustración artística de una nube de átomos con pares de partículas entrelazadas, representadas por las líneas amarillo-azul. / ICFO

 

Un equipo de físicos del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) acaba de lograr algo verdaderamente sorprendente. Los científicos consiguieron entrelazar cuánticamente un grupo de 15 billones (trillions, en inglés) de átomos. Los detalles fueron publicados en Nature Communications.

Entrelazamiento cuántico

El entrelazamiento cuántico es un fenómeno físico que explica cómo dos (o un grupo de) partículas permanecen interconectadas de algún modo. De esta manera, el estado cuántico de cada partícula no puede describirse independientemente del estado de los demás, incluso cuando las partículas están separadas una gran distancia.

Aquí va un ejemplo. Imagina dos partículas entrelazadas de modo que se sabe que su espín total es igual a cero. Solo nos bastaría conocer cuál es el espín de una partícula en un eje determinado para conocer cuál es el espín de la otra. Si una presenta un espín horario, la otra tendrá un espín antihorario, sin importar a qué distancia se encuentren.

Este fenómeno fue sujeto de debate en un paper escrito por Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen que fue publicado en American Physical Society en 1935.

En la actualidad, el entrelazamiento cuántico es la base de numerosas tecnologías cuánticas. Estas permiten el avance y desarrollo de áreas como la informática, las comunicaciones y la detección, por ejemplo, de ondas gravitacionales.

Caliente y desordenado

Sabemos que los estados entrelazados son bastante frágiles; una pequeña perturbación podría romper el entrelazamiento. Esta característica particular hace que muchas tecnologías cuánticas requieran esfuerzos mayores para aislar los sistemas microscópicos con los que se trabaja, los cuales funcionan a temperaturas cercanas al cero absoluto.

Lo que ha logrado el ICFO es calentar una colección de átomos a 450 Kelvin. Esto significa millones de veces más calientes que la mayoría de los átomos utilizados convencionalmente en tecnologías cuánticas. Esto provocaba que los átomos individuales quedaran nada aislados; chocaban entre sí cada pocos microsegundos, ocasionando que los electrones giraran en direcciones aleatorias.

Con ayuda de un láser y la magnetización causada por los electrones, los investigadores pudieron estudiar los efectos de las colisiones y detectar el entrelazamiento de los átomos. Los investigadores observaron que la cantidad de átomos entrelazados era enorme: aproximadamente 100 veces más de los observados hasta ahora.

Eso no es todo, el equipo observó que el entrelazamiento no es local, sino que se produce entre átomos separados por miles de otros átomos, muchos de los cuales están entrelazados con otros átomos, en un estado entrelazados gigante, caliente y desordenado.

“Si detenemos la medición, el entrelazamiento permanece durante aproximadamente 1 milisegundo, lo que significa que 1000 veces por segundo se está generando un nuevo lote de 15 billones de átomos entrelazados”, resalta Jia Kong, autora principal del estudio.

Es importante mencionar que un milisegundo es tiempo suficiente como para que ocurran cincuenta colisiones aleatorias para un átomo. Esto muestra que el entrelazamiento no es destruido por eventos aleatorios. “Este es quizás el resultado más sorprendente del trabajo”, resalta Kong.

Posibles aplicaciones

Según los autores del estudio, la observación de este estado entrelazado caliente y desordenado abre el camino para la detección de campos magnéticos ultrasensibles. Un claro ejemplo lo vemos en la magnetoencelaografía, los nuevos resultados podrían ayudar a mejorar la sensibilidad al momento de obtener imágenes magnéticas del cerebro para la neurocirugía y otras ciencias del cerebro.

“Esperamos que este tipo de estado entrelazado gigante conduzca a un mejor rendimiento de sensores en aplicaciones que van desde imágenes del cerebro, hasta coches autónomos y la búsqueda de materia oscura”, comenta Morgan Mitchell, profesor en ICFO.

 

Adrian Díaz

Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma
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