Visualización de un entrelazamiento bipartito híbrido entre un solo fotón (azul) y una excitación de onda de espín atómica dentro de la celda de vidrio de memoria cuántica, posteriormente confirmado en el proceso de detección de un segundo fotón (rojo). La configuración presentada permite la demostración de la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen con posiciones y momentos reales. (Fuente:UW Physics, Michal Dabrowski) Crédito:UW Physics, Michal Dabrowski
Un grupo de investigadores de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia ha arrojado nueva luz sobre la famosa paradoja de Einstein, Podolsky y Rosen después de 80 años. Crearon un estado entrelazado multidimensional de un solo fotón y un billón de átomos de rubidio calientes, y almacenó este entrelazamiento híbrido en el laboratorio durante varios microsegundos. La investigación ha sido publicada en Optica .
En su famoso Revisión física artículo, publicado en 1935, Einstein, Podolsky y Rosen consideraron la descomposición de una partícula en dos productos. En su experimento mental, dos productos de la descomposición se proyectaron en direcciones exactamente opuestas, o más científicamente hablando, sus momentos estaban anti-correlacionados. Aunque no sea un misterio en el marco de la física clásica, al aplicar las reglas de la teoría cuántica, los tres investigadores llegaron a una paradoja. El principio de incertidumbre de Heisenberg, dictando que la posición y el momento de una partícula no se pueden medir al mismo tiempo, se encuentra en el centro de esta paradoja. En el experimento mental de Einstein, es posible medir el impulso de una partícula y conocer inmediatamente el impulso de la otra sin medir, ya que es exactamente opuesto. Luego, midiendo la posición de la segunda partícula, el principio de incertidumbre de Heisenberg aparentemente se viola, una aparente paradoja que desconcertó seriamente a los tres físicos.
Ahora sabemos que este experimento no es De hecho, una paradoja. El error de Einstein y colaboradores fue aplicar la incertidumbre de una partícula a un sistema de dos partículas. Si tratamos estas dos partículas como las describe un solo estado cuántico, aprendemos que el principio de incertidumbre original deja de aplicarse, especialmente si estas partículas están enredadas.
Desde la derecha:Michal Parniak usa el láser verde para iluminar la celda de vidrio con memoria cuántica, de Wojciech Wasilewski. Michal Dabrowski realiza una medición simultánea de la posición y el momento de los fotones generados dentro de la memoria. (Fuente:UW Physics, Mateusz Mazelanik) Crédito:UW Physics, Mateusz Mazelanik
En el Laboratorio de Memoria Cuántica de la Universidad de Varsovia, el grupo de tres físicos fue el primero en crear un estado tan enredado, que consistía en un objeto macroscópico, un grupo de aproximadamente un billón de átomos, y un solo fotón. "Fotones individuales, dispersos durante la interacción de un rayo láser con átomos, están registrados en una cámara sensible. Un solo fotón registrado transporta información sobre el estado cuántico de todo el grupo de átomos. Los átomos pueden almacenarse, y su estado puede recuperarse a pedido, "dice Michal Dabrowski, Doctor. estudiante y coautor del artículo.
Los resultados del experimento confirman que los átomos y el fotón único se encuentran en un estado entrelazado conjunto. Midiendo la posición y el impulso del fotón, los investigadores adquirieron toda la información sobre el estado de los átomos. Para confirmar esto, los científicos polacos convirtieron el estado atómico en otro fotón, que se midió con la misma cámara de última generación.
"Demostramos la aparente paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen en una versión muy similar a la propuesta originalmente en 1935, pero ampliamos el experimento agregando almacenamiento de luz dentro del gran grupo de átomos. Los átomos almacenan el fotón en forma de onda formada por espines atómicos que contienen un billón de átomos. Tal estado es muy robusto contra la pérdida de un solo átomo, a medida que la información se distribuye entre tantas partículas, "dice Michal Parniak, Doctor. estudiante que participa en el estudio.
El experimento es único en otro sentido, así como. La memoria cuántica que almacena el estado entrelazado permite el almacenamiento de hasta 12 fotones a la vez. Esta capacidad mejorada es prometedora en términos de aplicaciones en el procesamiento de información cuántica. "El entrelazamiento multidimensional se almacena en nuestro dispositivo durante varios microsegundos, que es aproximadamente mil veces más largo que en cualquier experimento anterior, y al mismo tiempo, el tiempo suficiente para realizar operaciones cuánticas sutiles en el estado atómico durante el almacenamiento, "explica el Dr. Wojciech Wasilewski, líder de grupo del equipo del Laboratorio de Memorias Cuánticas.
El enredo en el espacio real y momentum, descrito en el Optica artículo, se puede utilizar junto con otros grados de libertad conocidos como la polarización, permitiendo la generación de los llamados hiperenredos. Tales ideas constituyen una prueba nueva y original de los fundamentos de la mecánica cuántica, una teoría que es incesantemente misteriosa, sin embargo, ofrece un inmenso progreso tecnológico.
