En un nuevo informe publicado ahora en Nature Communications Physics , Pedro R. Dieguez y un equipo internacional de científicos en tecnologías cuánticas, sistemas cuánticos funcionales y física cuántica, desarrollaron un nuevo marco de criterio operativo para la realidad física. Este intento facilitó su comprensión de un sistema cuántico directamente a través del estado cuántico en cada instancia de tiempo. Durante el trabajo, el equipo estableció un vínculo entre la visibilidad de salida y los elementos de la realidad dentro de un interferómetro. El equipo proporcionó una prueba de principio experimental para un sistema de dos espines y medio en una configuración interferométrica dentro de una plataforma de resonancia magnética nuclear. Los resultados validaron la formulación original de Bohr del principio de complementariedad.

Física según Niels Bohr

El principio de complementariedad de Bohr establece que la materia y la radiación pueden someterse a un marco unificador donde cualquiera de los elementos puede comportarse como una onda o una partícula, según la configuración experimental. De acuerdo con la filosofía natural de Bohr, la naturaleza de la individualidad de los sistemas cuánticos se analiza en relación con la disposición definida de experimentos completos. Hace casi una década, los físicos diseñaron un experimento de elección retardada cuántica (QDCE), con un divisor de haz en superposición cuántica espacial para hacer que el interferómetro tuviera una configuración "cerrada + abierta", mientras que el sistema representaba un estado híbrido de "onda + partícula". . Los investigadores habían acoplado previamente un sistema objetivo a un regulador cuántico y probado estas ideas para mostrar cómo los fotones pueden exhibir comportamientos similares a ondas o partículas según la técnica experimental utilizada para medirlos. Sobre la base de la capacidad de interpolar sin problemas las estadísticas entre un patrón similar a una onda y una partícula, los físicos sugirieron la manifestación de comportamientos cambiantes en el mismo sistema; reivindicando una revisión radical del principio de complementariedad de Bohr.

Al principio, Dieguez et al adoptaron un cuantificador operativo de realismo dependiendo del estado cuántico para permitir declaraciones significativas de cuál camino. También demostraron que no había conexiones entre la visibilidad en la salida con elementos de onda y partículas, relativo al criterio adoptado de realismo. Los científicos propusieron una configuración para establecer un vínculo entre la visibilidad y los elementos ondulatorios de la realidad dentro del interferómetro y demostraron la relevancia de las correlaciones cuánticas para la dualidad onda-partícula, seguidas de resonancia magnética nuclear para el escrutinio experimental para argumentar cómo los resultados reiteraron los puntos de vista originales de Bohr. .

Realismo contextual en el experimento cuántico de elección retardada (QDCE)

Dieguez et al reevaluaron el QDCE (experimento cuántico de elección retardada) a través de los elementos de la realidad en el presente sistema experimental. Para lograr esto, agregaron un qubit como un estado similar a una partícula después de pasar el primer dispositivo de superposición o divisor de haz y el cambiador de fase en la configuración experimental, para implementar una fase relativa entre las rutas recorridas por el qubit. Luego, el equipo activó el dispositivo de superposición final para notar la transformación del estado en un estado similar a una onda. Con base en las estadísticas a la salida del circuito, infirieron el camino que recorrió el qubit en el interferómetro. Para comprender mejor el proceso, calcularon el realismo en el circuito y propusieron un marco para discutir los elementos de la realidad para el comportamiento onda-partícula en un dispositivo de interferencia controlado cuánticamente. Los resultados indicaron cómo los llamados estados similares a partículas se correspondían con una realidad ondulatoria. Como resultado, notaron cómo el qubit siempre se comportó como una onda dentro del interferómetro en un enfoque experimental, para demostrar cómo la realidad física puede ser determinada por el estado cuántico en cada instante de tiempo.

A continuación, el equipo propuso un experimento para resolver los problemas existentes de la configuración experimental anterior y para superponer de manera efectiva los elementos de ondas y partículas de la realidad. Calcularon los estados de todo el sistema, cuando los qubits viajaron dentro del interferómetro justo después del cambio de fase. El dispositivo de interferencia colocó el qubit en una superposición de caminos para implicar una realidad ondulatoria. Cuando Dieguez et al desactivaron el dispositivo de interferencia controlada en la nueva configuración de QCRE, el qubit siguió viajando por su camino original como una partícula para mostrar una diferencia clave con la configuración original de QDCE. En contraste con el QDCE, los físicos notaron una equivalencia estricta entre las estadísticas de salida y el comportamiento de onda dentro del interferómetro. Los resultados corroboraron la formulación original de Bohr del principio de complementariedad.

Prueba-de-principio

A continuación, los científicos implementaron estas ideas en un experimento de prueba de principio utilizando una configuración de resonancia magnética nuclear (RMN) de estado líquido con dos qubits de espín ½ codificados en una muestra de ^13- Cloroformo marcado con C diluido en acetona-d6. Realizaron los experimentos en un espectrómetro Varian de 500 MHz y utilizaron el ¹³ Espín nuclear C para investigar el realismo y las características de ondas y partículas de ¹ H espín nuclear, que abarcaba los caminos interferométricos. De los cuatro isótopos del núcleo ¹ H, ¹³ C, ³⁵ Cl, y ³⁷ Cl disponible, el equipo solo reguló ¹ H, y ¹³ núcleos C. El equipo llevó a cabo protocolos interferométricos controlados por medio cuántico de espín celular utilizando combinaciones de pulsos de radiofrecuencia transversal en resonancia con cada uno de los núcleos, para observar el patrón interferométrico.

Perspectiva

De esta forma, Pedro R. Dieguez y sus colegas emplearon términos de onda y partícula para discutir el comportamiento de un sistema cuántico que atraviesa una configuración de doble camino para producir algunas señales y estadísticas en la salida. En el experimento cuántico de elección retardada (QDCE), los científicos observaron que la visibilidad de salida no contaba una historia específica sobre el comportamiento de los cúbits dentro del circuito. Luego, el equipo introdujo un experimento de realidad controlado cuánticamente (QCRE), un arreglo en el que se podía permitir la formación original del principio de complementariedad de Bohr, donde, a diferencia de QDCE, usando QCRE, Dieguez et al regularon los elementos de partículas de onda de la realidad, para mostrar la posibilidad de superposición de ondas y partículas en la configuración para manifestar "realidades cambiantes". La investigación destacó el papel del principio de complementariedad para transformar estados de realidad en un sistema cuántico controlado para proporcionar nuevos conocimientos sobre la naturaleza de la causalidad cuántica, marcos de referencia y aspectos realistas de las propiedades de ondas y partículas vinculadas a sistemas cuánticos. + Explora más

Confirmación experimental de la dualidad onda-partícula

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