aún no el gato de Schrödinger (completo)
Un gato atento a los avances en la tecnología láser. Crédito de la imagen: BENJAMIN TORODE / GETTY
Por Michael Lucy, es el editor en funciones de Cosmos Octubre 20 de 2017.
Tu gato promedio contiene más de cien millones de billones de átomos. Así que esa es la cantidad de átomos que deberían "enlazarse" a través de la mecánica cuántica para realizar el famoso experimento mental de Schrödinger, en el cual la desintegración aleatoria de un solo átomo podría causar que un gato en una caja esté vivo y muerto al mismo tiempo.
Todavía no hemos llegado, pero los investigadores de la Universidad de Ginebra en Suiza han anunciado un paso espectacular en esta dirección al crear y verificar un único estado cuántico de 16 millones de átomos. Si bien el enredo de pares de partículas es una hazaña común en los laboratorios, el enredo de partículas múltiples es más complejo y el registro anterior era de solo 2900 átomos.
El logro fue "un proyecto paralelo", según Florian Fröwis, autor principal de un artículo que describe la investigación en Nature Communications. Creció del trabajo para desarrollar un dispositivo de "memoria cuántica" que puede almacenar fotones individuales para su uso en redes de comunicación futuristas.
"Siempre tuvimos la sospecha de que el almacenamiento de un solo fotón debería crear enredos entre una gran cantidad de átomos", dice.
El dispositivo de memoria cuántica se basa en un cristal especial hecho del ortosilicato de itrio de sonido exótico, dopado con átomos de neodimio. Cuando el cristal absorbe fotones, la información sobre su energía y dirección se almacena en las relaciones entre los átomos en el cristal. Esto significa que luego puede volver a emitir fotones que son idénticos a los que entraron.
Sin embargo, cuando el cristal absorbe solo un fotón, las cosas se vuelven extrañas. El cristal todavía emitirá un fotón que es exactamente el mismo que el que entró, lo que significa que la información sobre el fotón debe almacenarse en la relación entre los átomos. Sin embargo, un solo fotón solo puede ser absorbido por un solo átomo, no por muchos a la vez.
¿Que esta pasando? Los átomos en el cristal se han enredado: ya no tiene sentido hablar de ellos como partículas individuales, sino solo para hablar del sistema como un todo.
Técnicamente hablando, los físicos describen la situación como una combinación (llamada 'superposición') de todos los casos en que el fotón es absorbido y emitido por uno específico de los átomos. Esta propiedad es vital para la función de un dispositivo de memoria cuántica, que debe poder almacenar y volver a emitir fotones sin medir sus propiedades, lo que destruiría la información cuántica vital.
Con la ayuda de algunas matemáticas sofisticadas, Fröwis y sus colegas físicos pudieron usar datos sobre la forma en que el cristal emitía esos fotones individuales para calcular cuántos átomos interactuaban con los fotones y el número mínimo de átomos que debieron haberse enredado. .
¿Su resultado? Alrededor de 40 mil millones de átomos interactuaron con los fotones, de los cuales al menos 16 millones se enredaron.
El número es solo un límite inferior. "Creo que es más del orden de miles de millones, pero esto es pura especulación", señala Fröwis.
El equipo suizo no es el único que estudia este problema. Los físicos de la Universidad de Calgary también acaban de publicar investigaciones usando una técnica similar, en la que demuestran el enredo de más de 200 grupos de átomos, con cada grupo conteniendo más de mil millones de átomos.
Entonces, ¿deberíamos comenzar a preocuparnos por el estado existencial de nuestros gatos? No todavía. Mientras que 16 millones de átomos pueden parecer mucho, hay un millón de millones de veces en incluso un solo grano de arena.
De todos modos, dice Fröwis, hay algunas diferencias fundamentales entre el gato de Schrödinger y su experimento.
"Un llamado estado Schrödinger-cat es idealmente una superposición de dos (o más) estados 'macroscópicamente distintos' de un sistema de muchos cuerpos", dice, lo que significa que los diferentes estados son fácilmente distinguibles para un observador, así como el el gato estará vivo o muerto cuando se abra la caja. "Las superposiciones de estados macroscópicamente distintos implican una gran fragilidad del enredo subyacente, que no está presente en nuestro caso".
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Los investigadores suizos han enlazado con éxito 16 millones de átomos con un solo fotón, pero los resultados macroscópicos están muy lejos.
Michael Lucy informa.
Un gato atento a los avances en la tecnología láser. Crédito de la imagen: BENJAMIN TORODE / GETTY
Por Michael Lucy, es el editor en funciones de Cosmos Octubre 20 de 2017.
Tu gato promedio contiene más de cien millones de billones de átomos. Así que esa es la cantidad de átomos que deberían "enlazarse" a través de la mecánica cuántica para realizar el famoso experimento mental de Schrödinger, en el cual la desintegración aleatoria de un solo átomo podría causar que un gato en una caja esté vivo y muerto al mismo tiempo.
Todavía no hemos llegado, pero los investigadores de la Universidad de Ginebra en Suiza han anunciado un paso espectacular en esta dirección al crear y verificar un único estado cuántico de 16 millones de átomos. Si bien el enredo de pares de partículas es una hazaña común en los laboratorios, el enredo de partículas múltiples es más complejo y el registro anterior era de solo 2900 átomos.
El logro fue "un proyecto paralelo", según Florian Fröwis, autor principal de un artículo que describe la investigación en Nature Communications. Creció del trabajo para desarrollar un dispositivo de "memoria cuántica" que puede almacenar fotones individuales para su uso en redes de comunicación futuristas.
"Siempre tuvimos la sospecha de que el almacenamiento de un solo fotón debería crear enredos entre una gran cantidad de átomos", dice.
El dispositivo de memoria cuántica se basa en un cristal especial hecho del ortosilicato de itrio de sonido exótico, dopado con átomos de neodimio. Cuando el cristal absorbe fotones, la información sobre su energía y dirección se almacena en las relaciones entre los átomos en el cristal. Esto significa que luego puede volver a emitir fotones que son idénticos a los que entraron.
Sin embargo, cuando el cristal absorbe solo un fotón, las cosas se vuelven extrañas. El cristal todavía emitirá un fotón que es exactamente el mismo que el que entró, lo que significa que la información sobre el fotón debe almacenarse en la relación entre los átomos. Sin embargo, un solo fotón solo puede ser absorbido por un solo átomo, no por muchos a la vez.
¿Que esta pasando? Los átomos en el cristal se han enredado: ya no tiene sentido hablar de ellos como partículas individuales, sino solo para hablar del sistema como un todo.
Técnicamente hablando, los físicos describen la situación como una combinación (llamada 'superposición') de todos los casos en que el fotón es absorbido y emitido por uno específico de los átomos. Esta propiedad es vital para la función de un dispositivo de memoria cuántica, que debe poder almacenar y volver a emitir fotones sin medir sus propiedades, lo que destruiría la información cuántica vital.
Con la ayuda de algunas matemáticas sofisticadas, Fröwis y sus colegas físicos pudieron usar datos sobre la forma en que el cristal emitía esos fotones individuales para calcular cuántos átomos interactuaban con los fotones y el número mínimo de átomos que debieron haberse enredado. .
¿Su resultado? Alrededor de 40 mil millones de átomos interactuaron con los fotones, de los cuales al menos 16 millones se enredaron.
El número es solo un límite inferior. "Creo que es más del orden de miles de millones, pero esto es pura especulación", señala Fröwis.
El equipo suizo no es el único que estudia este problema. Los físicos de la Universidad de Calgary también acaban de publicar investigaciones usando una técnica similar, en la que demuestran el enredo de más de 200 grupos de átomos, con cada grupo conteniendo más de mil millones de átomos.
Entonces, ¿deberíamos comenzar a preocuparnos por el estado existencial de nuestros gatos? No todavía. Mientras que 16 millones de átomos pueden parecer mucho, hay un millón de millones de veces en incluso un solo grano de arena.
De todos modos, dice Fröwis, hay algunas diferencias fundamentales entre el gato de Schrödinger y su experimento.
"Un llamado estado Schrödinger-cat es idealmente una superposición de dos (o más) estados 'macroscópicamente distintos' de un sistema de muchos cuerpos", dice, lo que significa que los diferentes estados son fácilmente distinguibles para un observador, así como el el gato estará vivo o muerto cuando se abra la caja. "Las superposiciones de estados macroscópicamente distintos implican una gran fragilidad del enredo subyacente, que no está presente en nuestro caso".
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