Un estudio teórico muestra que el entrelazamiento de largo alcance puede sobrevivir a temperaturas superiores al cero absoluto, si se cumplen las condiciones correctas.

La computación cuántica se ha señalado como el próximo paso revolucionario en la informática. Sin embargo, los sistemas actuales solo son prácticamente estables a temperaturas cercanas al cero absoluto. Un nuevo teorema de una colaboración de investigación japonesa proporciona una comprensión de qué tipos de entrelazamiento cuántico de largo alcance sobreviven a temperaturas distintas de cero, lo que revela un aspecto fundamental de los fenómenos cuánticos macroscópicos y guía el camino hacia una mayor comprensión de los sistemas cuánticos.

Cuando las cosas se vuelven pequeñas, hasta la escala de una milésima parte del ancho de un cabello humano, las leyes de la física clásica se reemplazan por las de la física cuántica. El mundo cuántico es extraño y maravilloso, y hay mucho sobre él que los científicos aún tienen que entender. Los efectos cuánticos a gran escala o "macroscópicos" juegan un papel clave en fenómenos extraordinarios como la superconductividad, que es un cambio potencial en el transporte de energía en el futuro, así como para el desarrollo continuo de las computadoras cuánticas.

Es posible observar y medir la "cuanticidad" a esta escala en sistemas particulares con la ayuda del entrelazamiento cuántico de largo alcance. El entrelazamiento cuántico, que Albert Einstein describió una vez como "acción espeluznante a distancia", ocurre cuando un grupo de partículas no se puede describir independientemente unas de otras. Esto significa que sus propiedades están vinculadas:si puede describir completamente una partícula, también sabrá todo sobre las partículas con las que está entrelazada.

El entrelazamiento de largo alcance es fundamental para la teoría de la información cuántica, y su mayor comprensión podría conducir a un gran avance en las tecnologías de computación cuántica. Sin embargo, el entrelazamiento cuántico de largo alcance es estable en condiciones específicas, como entre tres o más partes y a temperaturas cercanas al cero absoluto. ¿Qué sucede con los sistemas entrelazados de dos partes a temperaturas distintas de cero? Para responder a esta pregunta, investigadores del Centro RIKEN para el Proyecto de Inteligencia Avanzada, Tokio, y la Universidad de Keio, Yokohama, presentaron recientemente un estudio teórico en Physical Review X que describe el entrelazamiento de largo alcance a temperaturas por encima del cero absoluto en sistemas bipartitos.

"El propósito de nuestro estudio fue identificar una limitación en la estructura del enredo de largo alcance a temperaturas arbitrarias distintas de cero", explica el líder del equipo RIKEN Hakubi, Tomotaka Kuwahara, uno de los autores del estudio, quien realizó la investigación mientras estaba en el Centro RIKEN para el Proyecto de Inteligencia Avanzada. "Proporcionamos teoremas sencillos que muestran qué tipos de entrelazamiento de largo alcance pueden sobrevivir a temperaturas distintas de cero. A temperaturas superiores al cero absoluto, las partículas de un material vibran y se mueven debido a la energía térmica, que actúa contra el entrelazamiento cuántico. A temperaturas arbitrarias distintas de cero, ningún entrelazamiento de largo alcance puede persistir entre solo dos subsistemas".

Los hallazgos de los investigadores son consistentes con observaciones previas de que el entrelazamiento de largo alcance sobrevive a una temperatura distinta de cero solo cuando están involucrados más de tres subsistemas. Los resultados sugieren que este es un aspecto fundamental de los fenómenos cuánticos macroscópicos a temperatura ambiente, y que los dispositivos cuánticos deben diseñarse para tener estados entrelazados multipartitos.

"Este resultado ha abierto la puerta a una comprensión más profunda del entrelazamiento cuántico a grandes distancias, por lo que esto es solo el comienzo", afirma el profesor Keijo Saito de la Universidad de Keio, coautor del estudio. "Nuestro objetivo es profundizar nuestra comprensión de la relación entre el entrelazamiento cuántico y la temperatura en el futuro. Este conocimiento impulsará e impulsará el desarrollo de futuros dispositivos cuánticos que funcionen a temperatura ambiente, haciéndolos prácticos".

Si bien los dispositivos cuánticos que funcionan a temperaturas ambiente estables aún están en pañales, el entrelazamiento cuántico parece estar listo para "unir" el futuro de este campo. + Explora más

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