Una característica especialmente contraria a la intuición de la mecánica cuántica es que un solo evento puede existir en un estado de superposición, sucediendo aquí y allá, o tanto hoy como mañana.

Tales superposiciones son difíciles de crear, ya que se destruyen si cualquier tipo de información sobre el lugar y la hora del evento se filtra a los alrededores, e incluso si nadie realmente registra esta información. Pero cuando ocurren superposiciones, conducen a observaciones muy diferentes a las de la física clásica, planteando preguntas que se extienden a nuestra propia comprensión del espacio y el tiempo.

Científicos de EPFL, MIT, y CEA Saclay, publicando en Avances de la ciencia , demostrar un estado de vibración que existe simultáneamente en dos momentos diferentes, y proporcionar evidencia de esta superposición cuántica midiendo la clase más fuerte de correlaciones cuánticas entre los haces de luz que interactúan con la vibración.

Los investigadores utilizaron un pulso láser muy corto para activar un patrón específico de vibración dentro de un cristal de diamante. Cada par de átomos vecinos oscilaba como dos masas unidas por un resorte, y esta oscilación fue sincrónica en toda la región iluminada. Para conservar energía durante este proceso, se emite una luz de un nuevo color, desplazado hacia el rojo del espectro.

Esta imagen clásica, sin embargo, es inconsistente con los experimentos. En lugar de, tanto la luz como la vibración deben describirse como partículas, o cuantos:la energía de la luz se cuantifica en fotones discretos mientras que la energía vibracional se cuantifica en fonones discretos (llamados así por el griego antiguo 'foto =luz' y 'phono =sonido').

Por lo tanto, el proceso descrito anteriormente debe verse como la fisión de un fotón entrante del láser en un par de fotón y fonón, similar a la fisión nuclear de un átomo en dos piezas más pequeñas.

Pero no es el único defecto de la física clásica. En mecánica cuántica, las partículas pueden existir en un estado de superposición, como el famoso gato Schrödinger estando vivo y muerto al mismo tiempo.

Aún más contradictorio:dos partículas pueden enredarse, perdiendo su individualidad. La única información que se puede recopilar sobre ellos se refiere a sus correlaciones comunes. Debido a que ambas partículas están descritas por un estado común (la función de onda), estas correlaciones son más fuertes de lo que es posible en la física clásica. Puede demostrarse realizando las medidas adecuadas en las dos partículas. Si los resultados violan un límite clásico, uno puede estar seguro de que estaban enredados.

En el nuevo estudio, Los investigadores de EPFL lograron entrelazar el fotón y el fonón (es decir, luz y vibración) producida en la fisión de un fotón láser entrante dentro del cristal. Para hacerlo los científicos diseñaron un experimento en el que el par fotón-fonón podría crearse en dos instantes diferentes. Clásicamente daría lugar a una situación en la que el par se crea en el momento t1 con un 50% de probabilidad, o en un momento posterior t2 con un 50% de probabilidad.

Pero aquí viene el "truco" de los investigadores para generar un estado entrelazado. Mediante una disposición precisa del experimento, se aseguraron de que no quedara en el universo ni el más mínimo rastro del tiempo de creación del par de luz-vibración (t1 frente a t2). En otras palabras, borraron información sobre t1 y t2. La mecánica cuántica predice entonces que el par fonón-fotón se entrelaza, y existe en una superposición de tiempo t1 y t2. Esta predicción fue bellamente confirmada por las mediciones, que arrojó resultados incompatibles con la teoría probabilística clásica.

Al mostrar el entrelazamiento entre la luz y la vibración en un cristal que uno podría sostener en su dedo durante el experimento, el nuevo estudio crea un puente entre nuestra experiencia diaria y el fascinante reino de la mecánica cuántica.

"Las tecnologías cuánticas se anuncian como la próxima revolución tecnológica en informática, comunicación, sintiendo dice Christophe Galland, jefe del Laboratorio de Cuántica y Nanoóptica de la EPFL y uno de los principales autores del estudio. "Actualmente están siendo desarrollados por las mejores universidades y grandes empresas de todo el mundo, pero el desafío es abrumador. Dichas tecnologías se basan en efectos cuánticos muy frágiles que sobreviven solo a temperaturas extremadamente frías o bajo alto vacío. Nuestro estudio demuestra que incluso un material común en condiciones ambientales puede mantener las delicadas propiedades cuánticas necesarias para las tecnologías cuánticas. Hay un precio que pagar sin embargo:las correlaciones cuánticas sostenidas por las vibraciones atómicas en el cristal se pierden después de solo 4 picosegundos, es decir, 0.000000000004 de un segundo! Esta breve escala de tiempo es, sin embargo, también una oportunidad para desarrollar tecnologías cuánticas ultrarrápidas. Pero queda mucha investigación por delante para transformar nuestro experimento en un dispositivo útil, un trabajo para los futuros ingenieros cuánticos ".