Un equipo de investigadores del Laboratorio de Luz Estructurada de la Universidad de Witwatersrand en Sudáfrica ha logrado un avance significativo en el entrelazamiento cuántico.
Dirigido por el profesor Andrew Forbes, en colaboración con el renombrado teórico de cuerdas Robert de Mello Koch, ahora en la Universidad de Huzhou en China, el equipo ha demostrado con éxito un nuevo método de manipulación de partículas cuánticas entrelazadas sin cambiar sus propiedades intrínsecas.
Este logro marca un paso monumental en nuestra comprensión y aplicación del entrelazamiento cuántico.
Topología en entrelazamiento cuántico
«Lo logramos entrelazando dos fotones idénticos y personalizando su función de onda compartida», explica Pedro Ornelas, estudiante de posgrado y autor principal del estudio. Este proceso se vuelve claro sólo cuando su estructura o topología colectiva se considera como una entidad única.
El experimento gira en torno al concepto de entrelazamiento cuántico, conocido como «acción espeluznante a distancia», donde las partículas afectan los estados de las demás, incluso cuando están separadas por grandes distancias.
La topología juega un papel crucial en este contexto. Esto garantiza que se conserven ciertas propiedades, como por ejemplo que una taza de café y un donut son topológicamente equivalentes debido a su único orificio inmutable.
«Nuestros fotones entrelazados son idénticos», explica el profesor Forbes. «Su complejidad es flexible, aunque algunas características permanecen constantes».
El estudio investiga específicamente la topología de Skyrmion, un concepto introducido por Tony Skyrm en la década de 1980. En este contexto, la topología se refiere a una propiedad global que, como la textura de una tela, permanece sin cambios independientemente de cómo se manipule.
Aplicaciones del entrelazamiento cuántico
Los Skyrmions, inicialmente estudiados en materiales magnéticos, cristales líquidos y análogos 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 localizaron Skyrmions en una sola fase, este estudio presenta un cambio de paradigma.
Como dice Ornelas, «ahora entendemos que la topología que tradicionalmente parece ser local puede en realidad ser no local y compartida entre entidades espacialmente aisladas».
En base a esto, el equipo propone utilizar la topología como sistema de clasificación de estados entrelazados. Dr. Isaac Knapp, coinvestigador, lo compara con un alfabeto de estados entrelazados.
«Así como clasificamos las esferas 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, utilizando la topología como medio para el procesamiento de información cuántica.
Dichos protocolos podrían revolucionar la forma en que codificamos y transmitimos información en sistemas cuánticos, especialmente en situaciones donde los métodos de codificación tradicionales fallan debido a entrelazamientos mínimos.
En resumen, la importancia de esta investigación radica en su potencial para aplicaciones prácticas. Durante décadas, preservar a los Estados varados 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 codificación para los sistemas cuánticos.
El profesor Forbes concluye con una declaración prospectiva que dice: «Ahora estamos preparados para definir nuevos protocolos y explorar el vasto panorama de estados cuánticos topológicamente no locales, revolucionando potencialmente la forma en que abordamos la comunicación cuántica y el procesamiento de información».
Más sobre el entrelazamiento cuántico
Como se mencionó anteriormente, el entrelazamiento cuántico es un fenómeno fascinante y complejo en el campo de la física cuántica.
Es un proceso físico en el que pares o grupos de partículas se producen, interactúan o comparten proximidad espacial, de modo que el estado cuántico de cada partícula no puede describirse independientemente del estado de las demás, incluso si las partículas están separadas por grandes distancias. . .
Descubrimiento y contexto histórico.
El entrelazamiento cuántico fue teorizado por primera vez en 1935 por Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen. Propuso la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), que desafiaba 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 afectarse instantáneamente entre sí a grandes distancias.
Principios del entrelazamiento cuántico
En el centro 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, el estado (giro, posición, momento o polarización) de una se alinea inmediatamente con el estado de la otra, sin importar qué tan separadas estén.
Entrelazamiento cuántico en informática y comunicación.
El entrelazamiento cuántico desafía las nociones clásicas de las leyes físicas. Implica que la información se puede transferir 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 transmita inmediatamente, lo que viola la razón; Más bien, se refiere a una profunda interconexión 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 inalcanzables por las computadoras clásicas.
En la comunicación cuántica, el entrelazamiento es clave para desarrollar sistemas de comunicación más seguros, como la criptografía cuántica y la distribución de claves cuánticas, que en teoría son inmunes a la piratería.
Revisión empírica e investigación actual.
Desde sus inicios teóricos, el entrelazamiento cuántico se ha demostrado experimentalmente muchas veces, confirmando su naturaleza exótica y paradójica.
Los más famosos son los experimentos de Bell, que proporcionaron pruebas significativas en contra de las teorías locales de variables ocultas y a favor de la mecánica cuántica.
En resumen, el entrelazamiento cuántico, piedra angular de la mecánica cuántica, sigue siendo objeto de intensas investigaciones y debates. Su naturaleza desconcertante desafía nuestra comprensión del mundo físico y abre la puerta a avances tecnológicos potencialmente revolucionarios.
A medida que avance la investigación, encontraremos más aplicaciones prácticas para este extraño fenómeno, descubriendo aún más los misterios del universo cuántico.
El estudio completo se publica en la revista. Fotónica de la naturaleza.
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