(Phys.org) —Los físicos han informado de algunas de las pruebas más sólidas hasta el momento de que el mundo cuántico no obedece al realismo local al demostrar nuevas pruebas de la existencia del entrelazamiento cuántico. Al realizar una prueba de Bell esencialmente libre de lagunas, han demostrado que dos átomos separados por una distancia de un cuarto de milla comparten correlaciones que deberían ser imposibles bajo la hipótesis del realismo local, y lo más probable es que se expliquen por el entrelazamiento cuántico.

La nueva prueba de Bell fue realizada por un grupo de investigadores dirigido por Harald Weinfurter en la Universidad Ludwig Maximilian de Munich y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica. ambos en Alemania.

La probabilidad de que las correlaciones observadas se puedan explicar por el realismo local debido a algunas "variables ocultas" desconocidas en lugar de un entrelazamiento es menos de uno en mil millones, los físicos escriben en su artículo publicado en Cartas de revisión física . Al contabilizar todos sus datos acumulados, tomado en el transcurso de siete meses, esa probabilidad cae aún más, hasta aproximadamente uno en diez cuatrillones (el número 1 seguido de 16 ceros). Esto significa que el mundo cuántico viola la localidad (que los objetos distantes no pueden influirse entre sí en menos de una cierta cantidad de tiempo) o el realismo (que los objetos existen los mida o no alguien), o posiblemente ambos.

Tres pruebas de Bell

La prueba informada aquí es la última prueba de Bell sin lagunas:una que cierra simultáneamente las dos lagunas más grandes, la laguna de la localidad y la laguna de detección. Cerrar ambas lagunas es vital para excluir cualquier explicación alternativa, como la posibilidad de que dos objetos entrelazados compartan información en secreto (laguna de la localidad) o que las partículas que se detecten no sean representativas de toda la muestra, sino que formen un subconjunto especial que distorsione los datos (laguna de detección).

La primera prueba de Bell sin vacíos legales, informó en 2015 por un equipo dirigido por Ronald Hanson en la Universidad de Delft, demostró entrelazamiento entre los espines de electrones de los centros de nitrógeno vacante (NV) en el diamante. Poco después de, otras pruebas de Bell sin escapatorias informaron entrelazamiento entre fotones. La prueba de Bell informada aquí demuestra el entrelazamiento entre un tercer tipo de sistema:los estados de espín de los átomos.

"En mi opinión, el mayor significado de este trabajo es la eliminación definitiva del realismo local, "el coautor Wenjamin Rosenfeld, en la Universidad Ludwig Maximilian de Munich y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, dicho Phys.org . "Es bueno que se hayan realizado experimentos similares con diferentes sistemas (fotones, Centros NV) esencialmente al mismo tiempo, por lo que todos los resultados juntos pueden tomarse como verdaderamente concluyentes. Ahora ya no es una cuestión de creencia si la naturaleza puede o no ser descrita de una manera local-realista, pero es un hecho. (Sin embargo, el problema de la libertad de elección aún debe resolverse) ".

Configuración experimental

El nuevo experimento implicó atrapar un átomo de rubidio en el sótano del edificio de física de la Universidad Ludwig Maximilian de Munich y atrapar un segundo átomo de rubidio en el sótano del edificio económico. a unos 400 metros de distancia. Una fibra óptica conectó los dos sitios de medición.

En sus pruebas, los científicos excitaron los átomos, provocando que emitan fotones en momentos precisos definidos. Luego, los fotones viajaron a través de la fibra óptica e interfirieron entre sí. Esta interferencia cuántica, En teoria, hace que los átomos se entrelacen. Para detectar este enredo, los investigadores realizaron mediciones en los fotones, repitiendo las mediciones una y otra vez para decenas de miles de pares de fotones. Los resultados mostraron abrumadoramente que los pares de fotones distantes estaban realmente entrelazados.

Última escapatoria

Una de las últimas lagunas posibles que quedan para la mayoría de las pruebas de Bell se refiere a la elección de la medición realizada en los átomos. Dado que estas mediciones se pueden realizar de múltiples formas, Es importante confirmar que el experimentador es libre de elegir qué medida particular realizar. y que las variables ocultas no influyen en la elección de la medición y de alguna manera permiten que los átomos sincronicen sus propiedades. Esta posibilidad se llama el vacío legal del libre albedrío o la libertad de elección.

Para intentar cerrar esta laguna, los investigadores utilizaron un generador de números aleatorios cuánticos de alta velocidad que elige configuraciones de medición que son verdaderamente aleatorias, casi. El problema es que existe una posibilidad muy pequeña de que los generadores de números aleatorios se hayan comunicado entre sí o con el resto del experimento antes de que comenzara. Esto podría permitir a los átomos conocer los números aleatorios, y consecuentemente las medidas a realizar, por adelantado, permitiéndoles sincronizar sus propiedades.

Los físicos explican que la única forma de cerrar completamente esta laguna es utilizar un generador de números aleatorios extraterrestre, como la emisión de fotones inherentemente aleatoria de estrellas ubicadas a millones de años luz de distancia. La gran distancia entre las estrellas y un experimento basado en la Tierra haría prácticamente imposible que ocurriera una comunicación encubierta, ya que significaría que dicha comunicación tendría que haber tenido lugar antes de que la luz dejara las estrellas, hace millones de años. Varios laboratorios de física están desarrollando actualmente generadores de números aleatorios extraterrestres para este propósito.

Comunicación segura

Dado que es probable que el entrelazamiento cuántico sea un recurso importante en las futuras tecnologías cuánticas seguras, cerrar estas lagunas ayuda a aumentar la seguridad de las aplicaciones futuras en el nivel más fundamental. Los investigadores esperan que los métodos utilizados en este estudio también contribuyan a nuevos desarrollos en los sistemas de información cuántica y las redes de repetidores cuánticos. que se utilizan para comunicar información cuántica a largas distancias. Planean investigar más a fondo esta aplicación en el futuro.

"Aparte de otras cuestiones fundamentales que tienen en cuenta la problemática de la libertad de elección, hay muchas cosas en las que se puede trabajar aquí, ", Dijo Rosenfeld." Por un lado, uno puede intentar impulsar el sistema más (especialmente la fidelidad del estado entrelazado) para poder realizar los llamados protocolos 'independientes del dispositivo'. Estos permitirían obtener una clave criptográfica segura incluso de dispositivos que potencialmente no son confiables (proporcionados por un tercero). Aquí, La desigualdad de Bell brinda la posibilidad de probar, si los dispositivos se prepararon de alguna manera de antemano para producir una clave que sea conocida por un adversario. Es más, las técnicas para generar entrelazamientos entre objetos distantes son importantes para las redes cuánticas que permiten una comunicación segura a largas distancias ".

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