Además de las fuertes demostraciones recientes de que las partículas de luz realizan lo que Einstein llamó "acción espeluznante a distancia, "en el que dos objetos separados pueden tener una conexión que supera la experiencia cotidiana, Los físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han confirmado que las partículas de materia también pueden actuar de manera realmente espeluznante.

El equipo del NIST enredó un par de iones de berilio (átomos cargados) en una trampa, uniendo así sus propiedades, y luego separó el par y realizó una de un conjunto de posibles manipulaciones en las propiedades de cada ion antes de medirlos. A través de miles de carreras, los resultados de medición de la pareja en ciertos casos coincidieron, o en otros casos difiere, más a menudo de lo que predeciría la experiencia diaria. Estas fuertes correlaciones son características del entrelazamiento cuántico.

Y lo que es más, Los cálculos estadísticos encontraron que los pares de iones mostraban un raro nivel alto de espeluznante.

"Estamos seguros de que los iones son un 67 por ciento espeluznantes, "dijo Ting Rei Tan, autor principal de un nuevo Cartas de revisión física artículo sobre los experimentos.

Los experimentos fueron pruebas de Bell "encadenadas", lo que significa que se construyeron a partir de una serie de posibles conjuntos de manipulaciones en dos iones. A diferencia de experimentos anteriores, se trataba de pruebas de Bell mejoradas en las que el número de posibles manipulaciones para cada ion se elegía al azar entre conjuntos de al menos dos y hasta 15 opciones.

Este método produce resultados estadísticos más sólidos que las pruebas de Bell convencionales. Eso es porque a medida que aumenta la cantidad de opciones para manipular cada ion, la probabilidad disminuye automáticamente de que los iones se comporten de forma clásica, o no cuántico, normas. Según las reglas clásicas, todos los objetos deben tener propiedades "locales" definidas y sólo pueden influirse entre sí a la velocidad de la luz o más lentamente. Las pruebas de Bell se han utilizado durante mucho tiempo para demostrar que a través de la física cuántica, los objetos pueden romper una o ambas de estas reglas, demostrando acción espeluznante.

Las pruebas de Bell convencionales producen datos que son una mezcla de acción local y espeluznante. Las pruebas de Bell encadenadas perfectas pueden, En teoria, probar que hay cero posibilidades de influencia local. Los resultados del NIST se redujeron a un 33 por ciento de probabilidad de influencia local, más bajo de lo que pueden lograr las pruebas de Bell convencionales, aunque no es el más bajo jamás registrado para una prueba encadenada, Dijo Tan.

Sin embargo, el experimento del NIST abrió nuevos caminos al cerrar dos de las tres "lagunas" que podrían socavar los resultados, la única prueba de Bell encadenada que hace esto usando tres o más opciones para manipular partículas de material. Los resultados son lo suficientemente buenos para inferir la alta calidad de los estados entrelazados utilizando suposiciones mínimas sobre el experimento, un logro poco común, Dijo Tan.

El año pasado, un grupo diferente de investigadores y colaboradores del NIST cerró las tres lagunas en las pruebas convencionales de Bell con partículas de luz. Los nuevos experimentos con iones confirman una vez más que la acción espeluznante es real.

"Realmente, Creía en la mecánica cuántica antes de este experimento, "Tan dijo con una sonrisa." Nuestra motivación fue que estábamos tratando de utilizar este experimento para mostrar lo buena que es nuestra tecnología de computación cuántica de iones atrapados, y lo que podemos hacer con él ".

Los investigadores utilizaron la misma configuración de trampa de iones que en experimentos anteriores de computación cuántica. Con este aparato, los investigadores utilizan electrodos y láseres para realizar todos los pasos básicos necesarios para la computación cuántica, incluida la preparación y medición de los estados cuánticos de los iones; transportar iones entre múltiples zonas de trampa; y creando bits cuánticos estables (qubits), rotaciones de qubit, y operaciones lógicas confiables de dos qubit. Todas estas características eran necesarias para realizar las pruebas de Bell encadenadas. Se espera que las computadoras cuánticas resuelvan algún día problemas que actualmente son intratables, como simular la superconductividad (el flujo de electricidad sin resistencia) y romper los códigos de cifrado de datos más populares de la actualidad.

En las pruebas encadenadas de Bell del NIST, el número de configuraciones (opciones para diferentes manipulaciones antes de la medición) varió de dos a 15. Las manipulaciones actuaron sobre los estados de energía internos de los iones llamados "girar hacia arriba" o "girar hacia abajo". Los investigadores utilizaron láseres para rotar los giros de los iones en ángulos específicos antes de las mediciones finales.

Los investigadores realizaron varios miles de ejecuciones para cada entorno y recopilaron dos conjuntos de datos con 6 meses de diferencia. Las mediciones determinaron los estados de giro de los iones. Hubo cuatro posibles resultados finales:(1) ambos iones giran, (2) primer giro de iones hacia arriba y segundo giro de iones hacia abajo, (3) primer giro de iones hacia abajo y segundo giro de iones hacia arriba, o (4) ambos iones giran. Los investigadores midieron los estados en función de la cantidad de luz fluorescente o dispersa de los iones:el brillo giraba hacia arriba y la oscuridad giraba hacia abajo.

El experimento NIST cerró las lagunas de detección y memoria, que de otra manera permitiría que los sistemas clásicos ordinarios parecieran espeluznantes.

La laguna de detección se abre si los detectores son ineficaces y se utiliza un subconjunto de los datos para representar el conjunto de datos completo. Las pruebas del NIST cerraron esta laguna porque la detección de fluorescencia fue casi 100 por ciento eficiente, y los resultados de la medición de cada ensayo en cada experimento se registraron y utilizaron para calcular los resultados.

La laguna de la memoria se abre si se supone que los resultados de los ensayos están distribuidos de forma idéntica o que no hay desviaciones experimentales. Las pruebas de Bell encadenadas anteriores se han basado en esta suposición, pero la prueba NIST pudo eliminarlo. El equipo del NIST cerró la laguna de la memoria al realizar miles de pruebas adicionales durante muchas horas con el conjunto de seis configuraciones posibles, utilizando un entorno elegido al azar para cada ensayo y desarrollando una técnica de análisis estadístico más sólida.

Los experimentos del NIST no cerraron la laguna de la localidad, que está abierto si es posible que la elección de los ajustes se comunique entre los iones. Para cerrar esta laguna uno necesitaría separar los iones a una distancia tan grande que la comunicación entre ellos sería imposible, incluso a la velocidad de la luz. En el experimento NIST, los iones tenían que colocarse muy juntos (como máximo, 340 micrómetros de distancia) para enredar y medir posteriormente, Tan explicó.