El entrelazamiento cuántico es el fenómeno básico que subyace al funcionamiento de una variedad de sistemas cuánticos, incluida la comunicación cuántica, herramientas de detección cuántica y computación cuántica. Este fenómeno resulta de una interacción (es decir, entrelazamiento) entre partículas. Alcanzar el enredo entre objetos distantes y muy diferentes, sin embargo, hasta ahora ha resultado ser un gran desafío.

Investigadores de la Universidad de Copenhague han generado recientemente un entrelazamiento entre un oscilador mecánico y un oscilador de espín atómico colectivo. Su trabajo, esbozado en un artículo publicado en Física de la naturaleza , introduce una estrategia para generar entrelazamientos entre estos dos sistemas distintos.

"Hace aproximadamente una década, propusimos una forma de generar entrelazamiento entre un oscilador mecánico y un oscilador de espín a través de fotones, utilizando el principio que más tarde se denominó 'subespacios libres de mecánica cuántica' o 'trayectorias sin incertidumbres cuánticas, '", dijo Eugene S. Polzik, quien lideró el grupo que realizó el estudio. "En nuestro nuevo periódico, informamos sobre la implementación experimental de estas propuestas ".

Para generar un entrelazamiento entre un sistema mecánico y uno de giro, Polzik y sus colegas aprovecharon una característica clave de los osciladores de espín, es decir, que pueden tener una masa negativa efectiva. Cuando está emocionado la energía de un oscilador de espín se reduce, lo que le permite enredarse con un oscilador mecánico más convencional que tiene una masa positiva. Los investigadores generaron experimentalmente este entrelazamiento realizando una medición conjunta en ambos osciladores.

"El enredo entre los sistemas mecánico y de giro se genera enviando luz a través de ambos sistemas, un oscilador mecánico de masa positiva y un oscilador de espín con una masa negativa efectiva, "Dijo Polzik." Realizar una medición en la luz transmitida proyecta los dos sistemas en un estado entrelazado. La medición repetida posterior verifica el entrelazamiento al mostrar que las fluctuaciones cuánticas de los dos sistemas están fuertemente correlacionadas ".

El experimento realizado por Polzik y sus colegas muestra que el movimiento mecánico puede, al menos en principio, medirse con precisión arbitraria identificando y aplicando un marco de referencia adecuado. Estas mediciones superan el llamado 'límite cuántico estándar de medición' que se deriva del principio de incertidumbre de Heisenberg, que es aplicable a las medidas en un estándar, marco de referencia clásico.

"La esencia del principio de incertidumbre es el equilibrio entre la imprecisión de la medición y la perturbación causada por la medición, la acción de la espalda cuántica, "Dijo Polzik." Con una medición en el marco de referencia de masa negativa, las perturbaciones de retroacción impuestas al objeto y al marco de referencia interfieren de manera distractora y se cancelan, lo que conduce a una precisión de medición potencialmente ilimitada ".

Este equipo de investigadores fue el primero en demostrar experimentalmente el entrelazamiento entre un sistema mecánico y uno de rotación. En el futuro, su trabajo podría contribuir al desarrollo de nuevas tecnologías cuánticas y protocolos basados ​​en el entrelazamiento entre diferentes tipos de osciladores. En sus próximos estudios, Polzik y sus colegas planean evaluar la efectividad de su enfoque para realizar la teletransportación cuántica y desarrollar otras herramientas de comunicación cuántica.

"Con la reciente observación de la retroacción cuántica por parte de los equipos de detectores de ondas gravitacionales LIGO y VIRGO, las formas de superar los límites de la retroacción cuántica se vuelven especialmente relevantes para esos instrumentos extremadamente desafiantes, ", Dijo Polzik." Estamos construyendo un experimento en el que pretendemos demostrar la aplicabilidad potencial de nuestro enfoque a la sensibilidad mejorada de los detectores de ondas gravitacionales ".

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