¿Cara o corona? Si lanzamos dos monedas al aire, el resultado de un lanzamiento de moneda no tiene nada que ver con el resultado del otro. Las monedas son objetos independientes. En el mundo de la física cuántica, las cosas son diferentes:las partículas cuánticas pueden enredarse, en cuyo caso ya no pueden considerarse como objetos individuales independientes, solo pueden describirse como un sistema conjunto.

Durante años, Ha sido posible producir fotones entrelazados, pares de partículas de luz que se mueven en direcciones completamente diferentes pero que siguen estando juntas. Se han logrado resultados espectaculares, por ejemplo, en el campo de la teletransportación cuántica o la criptografía cuántica. Ahora, Se ha desarrollado un nuevo método en TU Wien (Viena) para producir pares de átomos entrelazados, y no solo átomos que se emiten en todas direcciones, pero vigas bien definidas. Esto se logró con la ayuda de nubes de átomos ultrafríos en trampas electromagnéticas.

Partículas enredadas

"El entrelazamiento cuántico es uno de los elementos esenciales de la física cuántica, "dice el profesor Jörg Schmiedmayer del Instituto de Física Atómica y Subatómica de TU Wien." Si las partículas se entrelazan entre sí, entonces, incluso si sabe todo lo que hay que saber sobre el sistema total, todavía no puedes decir nada en absoluto sobre una partícula específica. Preguntar sobre el estado de una partícula en particular no tiene sentido, sólo se define el estado general del sistema total ".

Existen diferentes métodos para crear entrelazamiento cuántico. Por ejemplo, Se pueden utilizar cristales especiales para crear pares de fotones entrelazados:el cristal convierte un fotón de alta energía en dos fotones de menor energía, lo que se denomina "conversión descendente". Esto permite producir una gran cantidad de pares de fotones entrelazados de forma rápida y sencilla.

Átomos enredados, sin embargo, es mucho más difícil. Los átomos individuales se pueden entrelazar utilizando complicadas operaciones con láser, pero entonces solo se obtiene un par de átomos. Los procesos aleatorios también se pueden utilizar para crear entrelazamiento cuántico:si dos partículas interactúan entre sí de una manera adecuada, pueden enredarse después. Las moléculas se pueden romper, creando fragmentos enredados. Pero estos métodos no se pueden controlar. "En este caso, las partículas se mueven en direcciones aleatorias. Pero cuando haces experimentos, desea poder determinar exactamente dónde se mueven los átomos, "dice Jörg Schmiedmayer.

El par de gemelos

Los pares de gemelos controlados ahora podrían producirse en TU Wien con un truco novedoso:se crea una nube de átomos ultrafríos y se mantiene en su lugar mediante fuerzas electromagnéticas en un pequeño chip. "Manipulamos estos átomos para que no terminen en el estado con la menor energía posible, pero en un estado de mayor energía, "dice Schmiedmayer. Desde este estado de excitación, los átomos luego regresan espontáneamente al estado fundamental con la energía más baja.

Sin embargo, la trampa electromagnética está construida de tal manera que este retorno al estado fundamental es físicamente imposible para un solo átomo; esto violaría la conservación de la cantidad de movimiento. Por lo tanto, los átomos solo pueden transferirse al estado fundamental como pares y volar en direcciones opuestas, de modo que su impulso total sigue siendo cero. Esto crea átomos gemelos que se mueven exactamente en la dirección especificada por la geometría de la trampa electromagnética en el chip.

El experimento de la doble rendija

La trampa consta de dos alargados, guías de ondas paralelas. El par de átomos gemelos puede haber sido creado en la guía de ondas izquierda o derecha, o, como lo permite la física cuántica, en ambos simultáneamente. "Es como el conocido experimento de doble rendija, donde disparas una partícula a una pared con dos rendijas, "dice Jörg Schmiedmayer." La partícula puede pasar por la rendija izquierda y derecha al mismo tiempo, detrás del cual interfiere consigo mismo, y esto crea patrones de ondas que se pueden medir ".

El mismo principio se puede usar para demostrar que los átomos gemelos son de hecho partículas entrelazadas:solo si mide todo el sistema, es decir, ambos átomos al mismo tiempo:¿puedes detectar las superposiciones onduladas típicas de los fenómenos cuánticos? Si, por otra parte, te limitas a una sola partícula, la superposición de ondas desaparece por completo.

"Esto nos muestra que en este caso no tiene sentido mirar las partículas individualmente, "explica Jörg Schmiedmayer." En el experimento de doble rendija, las superposiciones desaparecen tan pronto como se mide si la partícula pasa por la rendija izquierda o derecha. Tan pronto como esta información esté disponible, la superposición cuántica se destruye. Aquí es muy similar:si los átomos están entrelazados y solo mides uno de ellos, Teóricamente, aún podría usar el otro átomo para medir si ambos se originaron en la parte izquierda o derecha de la trampa. Por lo tanto, las superposiciones cuánticas se destruyen ".

Ahora que se ha demostrado que las nubes de átomos ultrafríos se pueden usar para producir átomos gemelos entrelazados de esta manera de manera confiable, Se realizarán más experimentos cuánticos con estos pares de átomos, similares a los que ya han sido posibles con pares de fotones.