El entrelazamiento cuántico es un fenómeno donde dos partículas no pueden ser descritas de manera independiente, incluso cuando están separadas por grandes distancias.
Un átomo es alcanzado por un pulso láser. Un electrón es arrancado del átomo, otro electrón es desplazado a un estado con mayor energía. / Universidad Técnica de Viena
Un equipo de investigadores ha logrado simular cómo ocurre el entrelazamiento cuántico en una escala temporal extremadamente corta: los attosegundos. Este avance, que permite observar y medir estos fenómenos ultrarrápidos, ofrece nuevas perspectivas sobre los procesos cuánticos, fundamentales para el desarrollo de tecnologías como la criptografía y la computación cuántica.
Un attosegundo es una milmillonésima de milmillonésima de segundo (10^-18 segundos), lo que lo convierte en una unidad de tiempo inimaginablemente pequeña. En este minúsculo intervalo temporal, se desarrollan algunos de los procesos más esenciales de la física cuántica, como el entrelazamiento de partículas, que hasta hace poco se consideraban "instantáneos".
Un grupo de científicos de la Universidad Técnica de Viena y colaboradores de China ha utilizado simulaciones por ordenador para estudiar cómo ocurre el entrelazamiento cuántico en estos tiempos ultracortos. Sus hallazgos, publicados en la revista Physical Review Letters, aportan detalles sobre cómo se desarrollan estos procesos, en lugar de considerarlos fenómenos que ocurren de forma espontánea.
El entrelazamiento cuántico es un fenómeno donde dos partículas no pueden ser descritas de manera independiente, incluso cuando están separadas por grandes distancias. "Se podría decir que las partículas no tienen propiedades individuales, sino que sólo tienen propiedades comunes. Desde un punto de vista matemático, están estrechamente relacionadas, incluso si se encuentran en dos lugares completamente diferentes", explicó el profesor Joachim Burgdörfer, coautor del estudio.
A diferencia de los estudios que se centran en mantener el entrelazamiento durante largos períodos, este equipo de investigación ha puesto su atención en comprender cómo se origina el entrelazamiento en primer lugar.
"A nosotros, en cambio, nos interesa otra cosa: averiguar cómo se desarrolla este entrelazamiento en primer lugar y qué efectos físicos influyen en escalas de tiempo extremadamente cortas", explica la profesora Iva Brezinová, una de las autoras. Para ello, utilizaron pulsos láser extremadamente intensos que impactan sobre átomos, provocando que un electrón sea expulsado del átomo, mientras que otro se queda dentro con una energía alterada.
Esta interacción genera una relación entre los dos electrones: uno que sale del átomo y otro que permanece. Ambos quedan cuánticamente entrelazados, lo que significa que medir las propiedades de uno de ellos permite conocer las del otro, aunque no estén juntos físicamente.
Utilizando un protocolo de medición con dos rayos láser diferentes, los científicos demostraron que el "momento de nacimiento" del electrón que abandona el átomo está relacionado con el estado del electrón que se queda atrás. Este entrelazamiento temporal es fundamental en la física cuántica y, como explicaron los investigadores, no existe una "respuesta real" sobre el momento exacto en que el electrón abandona el átomo. "El electrón está en una superposición cuántica de diferentes momentos de salida", afirmó Burgdörfer.
"Esto significa que, en principio, no se conoce el momento de nacimiento del electrón que se ha ido. Se podría decir que el propio electrón no sabe cuándo ha salido del átomo", explica Burgdörfer. "Se encuentra en una superposición físico-cuántica de diferentes estados. Ha salido del átomo tanto en un momento anterior como en uno posterior".
El estudio también reveló que, dependiendo del estado de energía del electrón que permanece en el átomo, el otro electrón podría haber sido expulsado en un momento anterior o posterior. En promedio, este "momento de nacimiento" varía por aproximadamente 232 attosegundos. Estos tiempos ultracortos, que antes solo podían calcularse teóricamente, ahora pueden medirse experimentalmente, lo que marca un hito en la capacidad de los científicos para observar y entender procesos cuánticos complejos.
El entrelazamiento cuántico es la base de muchas aplicaciones emergentes, como la criptografía cuántica, que promete comunicaciones totalmente seguras, y los ordenadores cuánticos, que podrían revolucionar el procesamiento de datos. Este nuevo entendimiento sobre cómo se genera y desarrolla el entrelazamiento a nivel de attosegundos no solo profundiza en los fundamentos de la física cuántica, sino que también abre la puerta a avances tecnológicos más precisos y eficientes.
Hasta ahora, muchos efectos cuánticos se consideraban instantáneos o espontáneos. Sin embargo, este estudio demuestra que incluso en estos procesos cuánticos extremadamente rápidos, los detalles del tiempo y la evolución son cruciales. "No basta con considerar los efectos cuánticos como instantáneos", subraya Burgdörfer. "Las correlaciones cuánticas solo se hacen visibles cuando se resuelven en estas escalas temporales extremadamente cortas".
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Diego Tudares
Abogado.
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El autor, DIEGO TUDARES RORÍGUEZ, colaborador de MUNDIARIO, es abogado egresado de la URBE, aficionado a la política internacional, a los derechos humanos y al medioambiente. Seguidor de series de ficción, se confiesa lector y amante de los animales. @mundiario
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