Un equipo de investigadores del Laboratorio de Luz Estructurada en… Universidad de WitwatersrandSudáfrica ha logrado avances significativos en materia de entrelazamiento cuántico.
Dirigido por el profesor Andrew Forbes, en colaboración con el renombrado científico de cuerdas Robert de Mello Koch, que ahora se encuentra en Universidad de Huzhou En China, el equipo demostró con éxito una nueva forma de manipular partículas cuánticas entrelazadas sin cambiar sus propiedades intrínsecas.
Esta hazaña representa un gran paso en nuestra comprensión y aplicación del entrelazamiento cuántico.
Topología en entrelazamiento cuántico
«Lo logramos entrelazando dos fotones idénticos y asignándoles una función de onda común. Este proceso deja clara su estructura colectiva, o topología, sólo cuando se los considera como un todo», explica Pedro Ornelas, estudiante de maestría y autor principal del estudio. entidad única.»
Este experimento gira en torno al concepto de entrelazamiento cuántico, conocido como «acción espeluznante a distancia», donde las partículas influyen en los estados de las demás, incluso cuando están separadas por grandes distancias.
La topología juega un papel crucial en este contexto. Garantiza que se conserven ciertas propiedades, al igual que una taza de café y un donut son topológicamente equivalentes debido a su único agujero inmutable.
«Nuestros fotones entrelazados son similares», explica el profesor Forbes. «Su entrelazamiento es flexible, pero algunas propiedades permanecen constantes».
El estudio analiza específicamente la topología de Skyrmion, un concepto introducido por Tony Skyrmion en la década de 1980. En este escenario, la topología se refiere a una propiedad general que permanece sin cambios, como la textura de una tela, sin importar cómo se trate.
Aplicaciones del entrelazamiento cuántico
Los Skyrmions, que inicialmente se estudiaron en materiales magnéticos, cristales líquidos y sus homólogos ópticos, han sido elogiados en la física de la materia condensada por su estabilidad y potencial en la tecnología de almacenamiento de datos.
«Nuestro objetivo es lograr efectos transformadores similares con nuestros skyrmions cuánticos entrelazados», añade Forbes. A diferencia de investigaciones anteriores que limitaban la ubicación de Skyrmions a un solo punto, este estudio presenta un cambio de paradigma.
Como dice Ornelas: «Ahora entendemos que la topología, tradicionalmente vista como local, puede en realidad ser no local, compartida entre entidades espacialmente separadas».
En consecuencia, el equipo propone utilizar la topología como sistema de clasificación para estados entrelazados. El Dr. Ishaq Naib, coinvestigador, compara esto con un alfabeto de estados enredados.
«Así como diferenciamos los campos y los donuts por sus agujeros, nuestros skyrmions cuánticos pueden clasificarse por sus características topológicas», explica.
Ideas clave e investigaciones futuras.
Este descubrimiento abre la puerta a nuevos protocolos de comunicación cuántica, que utilizan la topología como medio para procesar información cuántica.
Dichos protocolos podrían revolucionar la forma en que se codifica y transmite la información en los sistemas cuánticos, especialmente en escenarios donde los métodos de cifrado tradicionales fallan debido a un entrelazamiento mínimo.
La conclusión es que la importancia de esta investigación radica en la posibilidad de aplicarla sobre el terreno. Durante décadas, mantener estados interconectados ha sido un gran desafío.
Los hallazgos del equipo sugieren que la topología puede permanecer intacta incluso cuando el entrelazamiento decae, proporcionando un nuevo mecanismo de cifrado para los sistemas cuánticos.
El profesor Forbes concluye con una declaración prospectiva: «Ahora estamos listos para definir nuevos protocolos y explorar el amplio panorama de los estados cuánticos no locales, lo que podría revolucionar la forma en que abordamos las comunicaciones cuánticas y el procesamiento de la información».
Más sobre el entrelazamiento cuántico
Como se mencionó anteriormente, el entrelazamiento cuántico es un fenómeno fascinante y complejo en el mundo de la física cuántica.
Es un proceso físico en el que pares o grupos de partículas crean, interactúan o comparten proximidad espacial de tal manera que el estado cuántico de cada partícula no puede describirse independientemente del estado de las otras partículas, incluso cuando las partículas están separadas por un gran distancia. .
Descubrimiento y contexto histórico.
El entrelazamiento cuántico fue teorizado por primera vez en 1935 por Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen. Propusieron la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), desafiando la integridad de la mecánica cuántica.
Einstein se refirió al entrelazamiento como “acción espeluznante a distancia”, expresando su incomodidad con la idea de que las partículas pudieran influirse entre sí instantáneamente a través de grandes distancias.
Principios del entrelazamiento cuántico
En el corazón del entrelazamiento cuántico se encuentra el concepto de superposición. En la mecánica cuántica, las partículas como los electrones y los fotones existen en un estado de superposición, lo que significa que pueden estar en varios estados simultáneamente.
Cuando dos partículas se entrelazan, se relacionan de tal manera que el estado de una (ya sea espín, posición, momento o polarización) se relaciona instantáneamente con el estado de la otra, sin importar qué tan separadas estén.
Entrelazamiento cuántico en informática y comunicaciones.
El entrelazamiento cuántico desafía las nociones clásicas de las leyes físicas. Indica que la información se puede transmitir más rápido que la velocidad de la luz, lo que contradice la teoría de la relatividad de Einstein.
Sin embargo, esto no significa que la información utilizable se transfiera inmediatamente, lo que violaría la causalidad; Más bien, implica una interconexión profundamente arraigada a nivel cuántico.
Una de las aplicaciones más interesantes del entrelazamiento cuántico se encuentra en el campo de la computación cuántica. Las computadoras cuánticas utilizan estados entrelazados para realizar cálculos complejos a velocidades que las computadoras clásicas no pueden alcanzar.
En las comunicaciones cuánticas, el entrelazamiento es la clave para desarrollar sistemas de comunicaciones altamente seguros, como la criptografía cuántica y la distribución de claves cuánticas, que en teoría son inmunes a la piratería.
Validación empírica e investigación actual.
Desde sus inicios teóricos, el entrelazamiento cuántico ha sido probado experimentalmente varias veces, lo que subraya su naturaleza extraña y contraintuitiva.
Los más famosos son los experimentos de Bell, que proporcionaron pruebas importantes en contra de las teorías locales de variables ocultas y a favor de la mecánica cuántica.
En resumen, el entrelazamiento cuántico, la piedra angular de la mecánica cuántica, sigue siendo un tema de intensa investigación y debate. Su naturaleza desconcertante desafía nuestra comprensión del mundo físico y abre el camino para desarrollos tecnológicos potencialmente revolucionarios.
A medida que avance la investigación, podremos encontrar más aplicaciones prácticas para este extraño fenómeno, descubriendo más secretos del universo cuántico.
El estudio completo fue publicado en la revista Fotónica de la naturaleza.
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