¿Por qué la mecánica cuántica funciona tan bien para objetos microscópicos? sin embargo, los objetos macroscópicos son descritos por la física clásica? Esta pregunta ha molestado a los físicos desde el desarrollo de la teoría cuántica hace más de 100 años. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft y la Universidad de Viena han ideado un sistema macroscópico que exhibe un entrelazamiento entre fonones mecánicos y fotones ópticos. Probaron el entrelazamiento usando una prueba de Bell, una de las pruebas más convincentes e importantes para demostrar que un sistema se comporta de forma no clásica.

Desde sus inicios hace más de 100 años, Los físicos se dieron cuenta de que la teoría cuántica podía entrar en conflicto con algunos de los axiomas básicos de la física clásica. En particular, los principios en cuestión son si la información se puede intercambiar más rápido que la velocidad de la luz (llamada 'localidad'), y si existen cantidades físicas independientemente de si se observan o no (lo que se llama 'realismo'). Albert Einstein una vez le preguntó a Abraham Pais:su biógrafo, si realmente pensaba que la luna solo existía cuando la miraba.

Un acalorado debate entre Einstein y Niels Bohr sobre este conflicto de axiomas en la década de 1930 inició una investigación de décadas sobre las correlaciones entre sistemas cuánticos. Este fenómeno, llamado entrelazamiento cuántico, cristalizó rápidamente como una de las predicciones clave de la mecánica cuántica. El trabajo de John Bell en la década de 1960 abrió una ruta para probar estos principios experimentalmente, lo que agregó resultados nuevos y emocionantes al debate. La mayoría de los experimentos cuánticos realizados hasta la fecha, sin embargo, tratar con una o con un número relativamente pequeño de partículas.

Correlaciones cuánticas

Un equipo de científicos dirigido por el profesor Simon Gröblacher de la Universidad Tecnológica de Delft ha entrado ahora en una escala completamente nueva de medidas cuánticas. Crearon un dispositivo que produjo correlaciones entre el movimiento vibratorio de los osciladores optomecánicos de silicio, que comprende aproximadamente 10 mil millones de átomos, y modos ópticos. Los dispositivos se enfriaron a sus estados fundamentales de movimiento dentro de un refrigerador de dilución y luego se probaron con pulsos de láser. Las frecuencias láser específicas pueden interactuar con los dispositivos, ya sea excitando el movimiento de forma controlada o leyendo su estado. Siempre que esto suceda, surgen correlaciones entre la luz difusa y los dispositivos que permiten predecir perfectamente el comportamiento de uno de ellos con respecto al otro.

Para probar si las correlaciones en su sistema fueron, De hecho, mecánica cuántica en acción, y no la física clásica, realizaron una prueba de Bell. Las dos partículas se presentaron esencialmente con una opción:el experimento se diseñó de tal manera que cada una de ellas pudiera registrarse en uno de los dos detectores. Ambos resultados fueron igualmente probables por diseño, lo que hizo imposible predecir el resultado para fotones o fonones individualmente. Sin embargo, debido a las correlaciones entre los dos, los fonones podrían fabricarse de modo que siempre dieran un resultado de medición correspondiente a los fotones. En aproximadamente el 80 por ciento de los casos, se descubrió que se comportaban de esa manera, que está muy por encima del umbral de Bell clásico de alrededor del 70 por ciento.

Prueba exhaustiva

La verdadera prueba de Bell fue ajustar ciertos parámetros experimentales que afectan a las dos partículas de diferentes maneras y ver cuándo se rompe esta dependencia. Mecánicamente cuántico, los dos pueden mantener resultados de medición correlacionados durante mucho más tiempo de lo que se permite clásicamente. "Esta es la prueba más completa de un dispositivo masivo que se comporta mecánicamente cuántica hasta ahora realizada, ", dijo el profesor Gröblacher.

Estos resultados implican que la mecánica cuántica se extiende hasta el dominio macroscópico. Es más, el dispositivo que fabricaron los investigadores se puede ampliar y mejorar. Gröblacher:"Como nuestro protocolo experimental es independiente del tamaño del oscilador, Estos resultados sientan las bases para la posibilidad de probar el límite entre la física clásica y cuántica con objetos arbitrariamente grandes. incluso los visibles a simple vista ".