Un equipo de investigadores del Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague, han logrado entrelazar dos objetos cuánticos muy diferentes. El resultado tiene varias aplicaciones potenciales en la detección ultraprecisa y la comunicación cuántica y ahora se publica en Física de la naturaleza .

El entrelazamiento es la base de la comunicación cuántica y la detección cuántica. Puede entenderse como un vínculo cuántico entre dos objetos que hace que se comporten como un solo objeto cuántico.

Los investigadores lograron entrelazar un oscilador mecánico, una membrana dieléctrica vibrante, y una nube de átomos. cada uno actuando como un pequeño imán, o lo que los físicos llaman "giro". Estas entidades muy diferentes eran posibles de entrelazar conectándolas con fotones, partículas de luz. Los átomos pueden ser útiles para procesar información cuántica y la membrana, o los sistemas cuánticos mecánicos en general, pueden ser útiles para el almacenamiento de información cuántica.

Profesor Eugene Polzik, quien lideró el esfuerzo, afirma que:"Con esta nueva técnica, estamos en camino de empujar los límites de las posibilidades de entrelazamiento. Cuanto más grandes son los objetos, cuanto más separados están, cuanto más dispares son, el entrelazamiento más interesante se vuelve tanto desde la perspectiva fundamental como desde la aplicada. Con el nuevo resultado, el enredo entre objetos muy diferentes se ha hecho posible ".

Para entender el enredo, siguiendo el ejemplo de los giros enredados con una membrana mecánica, imagina la posición de la membrana vibrante y la inclinación del giro total de todos los átomos, similar a una peonza. Si ambos objetos se mueven al azar, pero si se observa que se mueve hacia la derecha o hacia la izquierda al mismo tiempo, eso se llama correlación. Tal movimiento correlacionado normalmente se limita al llamado movimiento de punto cero:el residual, movimiento no correlacionado de toda la materia que ocurre incluso a la temperatura del cero absoluto. Esto limita el conocimiento sobre cualquiera de los sistemas.

En su experimento, El equipo de Eugene Polzik enredó los sistemas, lo que significa que se mueven de forma correlacionada con una precisión mejor que el movimiento de punto cero. "La mecánica cuántica es como un arma de doble filo:nos brinda nuevas tecnologías maravillosas, pero también limita la precisión de las mediciones que parecerían fáciles desde un punto de vista clásico, "dice un miembro del equipo, Michał Parniak. Los sistemas entrelazados pueden permanecer perfectamente correlacionados incluso si están a distancia unos de otros, una característica que ha desconcertado a los investigadores desde el nacimiento mismo de la mecánica cuántica hace más de 100 años.

Doctor. El estudiante Christoffer Østfeldt explica con más detalle:"Imagine las diferentes formas de realizar estados cuánticos como una especie de zoológico de diferentes realidades o situaciones con cualidades y potenciales muy diferentes. Si, por ejemplo, deseamos construir un dispositivo de algún tipo, con el fin de explotar las diferentes cualidades que todos poseen y en las que realizan diferentes funciones y resuelven una tarea diferente, será necesario inventar un idioma que todos puedan hablar. Los estados cuánticos necesitan poder comunicarse, para que utilicemos todo el potencial del dispositivo. Eso es lo que este enredo entre dos elementos en el zoológico ha demostrado que ahora somos capaces de hacer ".

Un ejemplo específico de perspectivas de entrelazar diferentes objetos cuánticos es la detección cuántica. Los diferentes objetos poseen sensibilidad a diferentes fuerzas externas. Por ejemplo, Los osciladores mecánicos se utilizan como acelerómetros y sensores de fuerza, mientras que los espines atómicos se utilizan en magnetómetros. Cuando solo uno de los dos diferentes objetos entrelazados está sujeto a perturbaciones externas, el entrelazamiento permite medirlo con una sensibilidad que no está limitada por las fluctuaciones del punto cero del objeto.

Existe una posibilidad bastante inmediata de aplicación de la técnica en la detección tanto de osciladores pequeños como grandes. Una de las noticias científicas más importantes de los últimos años fue la primera detección de ondas gravitatorias, fabricado por el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO). LIGO detecta y mide ondas extremadamente débiles causadas por eventos astronómicos en el espacio profundo, como fusiones de agujeros negros o fusiones de estrellas de neutrones. Las ondas se pueden observar porque sacuden los espejos del interferómetro. Pero incluso la sensibilidad de LIGO está limitada por la mecánica cuántica porque los espejos del interferómetro láser también son sacudidos por las fluctuaciones del punto cero. Esas fluctuaciones conducen al ruido que impide la observación del pequeño movimiento de los espejos causado por las ondas gravitacionales.

Está, en principio, posible generar entrelazamiento de los espejos LIGO con una nube atómica y así cancelar el ruido de punto cero de los espejos de la misma manera que lo hace para el ruido de membrana en el presente experimento. La perfecta correlación entre los espejos y los espines atómicos debido a su entrelazamiento se puede utilizar en tales sensores para borrar virtualmente la incertidumbre. Simplemente requiere tomar información de un sistema y aplicar el conocimiento al otro. De tal manera, uno podría aprender sobre la posición y el impulso de los espejos de LIGO al mismo tiempo, entrar en un subespacio llamado libre de mecánica cuántica y dar un paso hacia la precisión ilimitada de las mediciones del movimiento. Un experimento modelo que demuestra este principio está en camino en el laboratorio de Eugene Polzik.