Una ilustración conceptual de la topología del skyrmion entrelazado. Cada fotón contribuye a la topología emergente, que existe sólo como una entidad compuesta de dos fotones. Crédito: Universidad Wits
Por primera vez, los investigadores han demostrado la notable capacidad de entrelazar pares de partículas cuánticas entrelazadas interconectadas y separadas espacialmente sin cambiar sus propiedades compartidas.
El equipo incluye investigadores del Laboratorio de Luz Estructurada (Facultad de Física) de la Universidad de Witwatersrand en Sudáfrica, dirigido por el profesor Andrew Forbes en colaboración con el teórico de cuerdas Robert de Mello Koch de la Universidad de Huzhou (anteriormente Universidad Wits) en China. .
«Logramos este hito experimental entrelazando dos fotones idénticos y personalizando su función de onda compartida, cuya topología o estructura se vuelve evidente sólo cuando los fotones se consideran como una entidad unificada», explica el autor principal, Pedro Ornelas. Estudiante en el Laboratorio de Iluminación Estructural.
Esta conexión entre fotones se establece mediante entrelazamiento cuántico, a menudo llamado «acción espeluznante a distancia», que permite que las partículas influyan entre sí en los resultados de las mediciones incluso cuando están separadas por distancias significativas. La investigación fue publicada en Fotónica de la naturaleza El 8 de enero de 2024.
El papel de la topología y su capacidad para preservar propiedades, en este trabajo, se puede comparar con cómo una taza de café puede transformarse en un donut; A pesar de los cambios de apariencia y forma durante la metamorfosis, un poro singular (una característica topográfica) permanece constante y sin cambios. Por tanto, los dos objetos son topológicamente equivalentes. «El entrelazamiento entre nuestros fotones es tan maleable como la arcilla en la mano del alfarero, pero ciertas características se conservan durante el proceso de moldeo», explica Forbes.
Tony Skyrm exploró una forma de topología, aquí llamada topología Skyrmion, en la década de 1980 como configuraciones de campo que exhiben propiedades similares a las de partículas. En este contexto, la topología se refiere a una propiedad global de los campos, similar a un trozo de tela (función de onda), cuyo patrón (topología) permanece sin cambios independientemente de la dirección en la que se empuja.
Estos conceptos también se implementan como análogos ópticos utilizando materiales magnéticos modernos, cristales líquidos y rayos láser clásicos. En el campo de la física de la materia condensada, los skyrmions son muy apreciados por su estabilidad e inmunidad al ruido, lo que ha dado lugar a avances notables en los dispositivos de almacenamiento de datos de alta densidad. «Queremos ver un efecto transformador similar con nuestros skyrmions cuánticos entrelazados», dice Forbes.
Investigaciones anteriores mostraban que estos Skyrmions estaban localizados en un solo lugar. «Nuestro trabajo presenta un cambio de paradigma: una topología que tradicionalmente se pensaba que existía en una configuración única y local ahora es no local o compartida entre entidades espacialmente separadas», dice Ornelas.
Ampliando este concepto, los investigadores utilizan la topología como marco para clasificar o distinguir estados entrelazados. «Esta nueva perspectiva sirve como un sistema de etiquetado para estados entrelazados, similar a un alfabeto», dijo el coinvestigador Dr. Dice Isaac Knapp.
«Nuestros skyrmions cuánticos se pueden distinguir por sus aspectos topológicos de la misma manera que las esferas, los donuts y las esposas se distinguen por el número de agujeros que contienen», dice Knapp. El equipo espera que esto pueda convertirse en una poderosa herramienta que allane el camino para nuevos protocolos de comunicación cuántica que utilicen la topología como un alfabeto para el procesamiento de información cuántica a través de canales basados en entrelazamiento.
Los hallazgos reportados en el artículo son críticos porque los investigadores han estado luchando durante décadas con el desarrollo de técnicas para preservar los estados entrelazados. El hecho de que la topología permanezca intacta a medida que el entrelazamiento decae sugiere un nuevo mecanismo de codificación potencial que explota el entrelazamiento, incluso en escenarios de entrelazamiento mínimo donde los protocolos de codificación convencionales fallan.
«Centraremos nuestros esfuerzos de investigación en definir estos nuevos protocolos y ampliar el panorama de estados cuánticos topológicos no locales», dice Forbes.
Más información:
Pedro Ornelas et al., Skyrmions no locales en estados de luz entrelazados cuánticos topológicamente elásticos, Fotónica de la naturaleza (2024) DOI: 10.1038/s41566-023-01360-4
Proporcionado por la Universidad Wits
referencia: Los investigadores demuestran que el entrelazamiento cuántico y la topología están inextricablemente vinculados (8 de enero de 2024). Obtenido el 8 de enero de 2024 de https://phys.org/news/2024-01-quantum-entanglement-topology-inextricably-linked.html.
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