Los investigadores crearon pares de fotones entrelazados y distribuyeron los dos fotones de cada par en dos estaciones de medición en direcciones opuestas. En cada estación de medición, un telescopio recibió los fotones de la fuente de radiación cósmica seleccionada, que está al menos a 11 años luz de la Tierra. Las señales de detección de fotones cósmicos generan bits aleatorios para las opciones de configuración de medición para la prueba de Bell sin lagunas. En este experimento, los investigadores cerraron las lagunas de detección y localidad, y empujó la restricción de tiempo para descartar modelos de variables ocultas locales a 11 años antes del experimento. Crédito:Ming-Han Li, USTC, Llevar a la fuerza
En un nuevo estudio, Los investigadores demuestran tácticas creativas para deshacerse de las lagunas que durante mucho tiempo han confundido las pruebas de la mecánica cuántica. Con su método innovador, los investigadores pudieron demostrar interacciones cuánticas entre dos partículas espaciadas a más de 180 metros (590 pies) de distancia, al tiempo que eliminaron la posibilidad de que eventos compartidos durante los últimos 11 años afectaran su interacción.
Se presentará un artículo que explica estos resultados en la conferencia Frontiers in Optics + Laser Science (FIO + LS), celebrada del 15 al 19 de septiembre en Washington, CORRIENTE CONTINUA., ESTADOS UNIDOS.
Los fenómenos cuánticos se están explorando para aplicaciones en informática, cifrado sintiendo y más, pero los investigadores aún no comprenden completamente la física detrás de ellos. El nuevo trabajo podría ayudar a avanzar en las aplicaciones cuánticas mediante la mejora de las técnicas para sondear la mecánica cuántica.
Una prueba para las teorías cuánticas
Los físicos han lidiado durante mucho tiempo con diferentes ideas sobre las fuerzas que gobiernan nuestro mundo. Si bien las teorías de la mecánica cuántica han ido superando gradualmente a la mecánica clásica, muchos aspectos de la mecánica cuántica siguen siendo misteriosos. En los años 1960, El físico John Bell propuso una forma de probar la mecánica cuántica conocida como desigualdad de Bell.
La idea es que dos partes, apodados Alice y Bob, realizar mediciones en partículas que están ubicadas alejadas pero conectadas entre sí mediante entrelazamiento cuántico.
Si el mundo estuviera gobernado únicamente por la mecánica cuántica, estas partículas remotas estarían gobernadas por una correlación no local a través de interacciones cuánticas, de tal manera que medir el estado de una partícula afecta el estado de la otra. Sin embargo, Algunas teorías alternativas sugieren que las partículas solo parecen afectarse entre sí, pero que en realidad están conectados por otras variables ocultas que siguen las clásicas, en lugar de cuántica, física.
Los investigadores han realizado muchos experimentos para probar la desigualdad de Bell. Sin embargo, los experimentos no siempre pueden ser perfectos, y existen lagunas conocidas que podrían provocar resultados engañosos. Si bien la mayoría de los experimentos han apoyado firmemente la conclusión de que existen interacciones cuánticas, estas lagunas todavía dejan una posibilidad remota de que los investigadores puedan estar afectando inadvertidamente variables ocultas, dejando así lugar a la duda.
Cerrar lagunas
En el nuevo estudio, Li y sus colegas demuestran formas de cerrar esas lagunas y se suman a la evidencia de que la mecánica cuántica gobierna las interacciones entre las dos partículas.
"Realizamos una prueba de Bell sin lagunas con la configuración de medición determinada por fotones cósmicos remotos. Por lo tanto, verificamos la integridad de la mecánica cuántica con una probabilidad de alta confianza, "dijo Ming-Han Li de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, quién es el autor principal del artículo.
Su configuración experimental incluye tres componentes principales:un dispositivo que envía periódicamente pares de fotones entrelazados y dos estaciones que miden los fotones. Estas estaciones son Alice y Bob, en el lenguaje de la desigualdad de Bell. La primera estación de medición está a 93 metros (305 pies) de la fuente del par de fotones y la segunda estación está a 90 metros (295 pies) de distancia en la dirección opuesta.
Los fotones entrelazados viajan a través de fibra óptica monomodo hasta las estaciones de medición, donde su estado de polarización se mide con una celda de Pockels y los fotones se detectan mediante detectores de fotón único de nanocables superconductores.
Al diseñar su experimento, los investigadores buscaron superar tres problemas clave:la idea de que la pérdida y el ruido hacen que la detección no sea confiable (la laguna de detección), la idea de que cualquier comunicación que afecte las opciones de medición de Alice y Bob hace que la medición sea más barata (la laguna de la localidad), y la idea de que una elección de establecimiento de medidas que no sea "verdaderamente libre y aleatoria" hace que el resultado pueda ser controlado por una causa oculta en el pasado común (la laguna de la libertad de elección).
Para abordar el primer problema, Li y sus colegas demostraron que su configuración logró un nivel suficientemente bajo de pérdida y ruido al comparar las mediciones realizadas al comienzo y al final del viaje del fotón. Para abordar el segundo, ellos construyeron la configuración experimental con una separación espacial entre los eventos de elección de configuración de medición. Para abordar el tercero, basaron sus opciones de configuración de medición en el comportamiento de los fotones cósmicos de 11 años antes, lo que ofrece una gran confianza en que nada en el pasado compartido de las partículas, durante al menos los últimos 11 años, creó una variable oculta que afecta el resultado.
Combinando predicciones calculadas teóricamente con resultados experimentales, los investigadores pudieron demostrar interacciones cuánticas entre los pares de fotones entrelazados con un alto grado de confianza y fidelidad. Por tanto, su experimento proporciona pruebas sólidas de que los efectos cuánticos, en lugar de variables ocultas, están detrás del comportamiento de las partículas.
