“Entrelazamiento cuántico entre diamantes”

Entrelazamiento cuántico entre diamantes
Los investigadores que trabajan en el Laboratorio de Clarendon de la Universidad de Oxford en Inglaterra han logrado que un diamante pequeño pueda comunicarse con otro pequeño diamante utilizando “entrelazamiento cuántico”, una de las más alucinantes características de la física cuántica.

El “entrelazamiento” se ha probado antes, pero lo que hace al experimento de Oxford único es que el concepto fue demostrado con importantes objetos sólidos a temperatura ambiente. entrelazamiento anteriores de la materia involucraban partículas submicroscópicas, a menudo a bajas temperaturas.

“Este experimento ha empleado a escala milimétrica diamantes, no átomos individuales, no nubes de gases”, dijo Ian Walmsley, profesor de física experimental en el Laboratorio de Oxford Clarendon, uno de los equipo internacional de investigadores.

El experimento se informó en la edición de esta semana de la Ciencia. Cuando se le da zapping a un diamante artificial con ultra pulsos de láser estos se las arreglaron para cambiar las vibraciones de otro diamante en una segunda sesión a la mitad de un pie de distancia, pero sin tocarlo.

El entrelazamiento cuántico se originó en la mente de Albert Einstein, que, irónicamente, se le ocurrió la idea de tratar de refutar la mecánica cuántica, una rama de la física que él desconfiaba de toda su vida.

Bajo la teoría, si dos partículas, por ejemplo electrones, se crean juntos, algunos de sus atributos se convertirán en “entrelazamiento”. Si los dos se separan, lo que afecte a uno afectará al otro al instante. Esto sucedería si estaban uno junto al otro o al otro lado del universo.

Por ejemplo, los electrones actúan como si tuvieran pequeños imanes de barra que apuntan hacia arriba o hacia abajo, descrito por un atributo llamado “spin”.

Si los dos electrones están entrelazados a través de su giro – arriba o hacia abajo – y un científico mide el spin de uno, el spin del otro va a reaccionar, incluso si uno está en una mesa de laboratorio en Oxford y el otro se encuentra en un planeta cerca de la estrella Antares, de 1.000 años luz de distancia. Al instante.

Esto significa que la información sobre el cambio viajó más rápido que la velocidad de la luz – que Einstein dijo que era imposible – o que las largas distancias son una especie de ilusión.

Einstein había menospreciado la “acción fantasmal a distancia”. El físico alemán Erwin Schrödinger utiliza el término “enredo” en una carta a Einstein. No creía en la mecánica cuántica.

“Creo que puedo decir con seguridad que nadie entiende la mecánica cuántica”, dijo una vez el fallecido físico Richard Feynman.

Sin embargo, la mecánica cuántica es ahora el paradigma de la naturaleza a nivel atómico. Además, es la base de gran parte de la tecnología moderna, a partir de rayos láser a los transistores. Y el entrelazamiento se presenta como parte del paquete.

Los físicos la han estado demostrando en los laboratorios desde 1980, y está siendo utilizado en los laboratorios de experimentación con los bloques de construcción de ordenadores cuánticos.

El equipo internacional de Walmsley utilizó diamantes de aproximadamente 3 milímetros (un décimo de pulgada) cuadrados y 1 milímetro de grosor.

 ”Hemos utilizado los láseres de pulso corto con una duración de pulso de aproximadamente 100 femtosegundos (un cuatrillón de segundo). Un femtosegundo es a un segundo como el níquel es a la deuda del gobierno federal en general”, dijo.

Eligieron a los diamantes ya que son cristales, por lo que era más fácil de medir las vibraciones moleculares, y debido a que son transparentes en longitudes de onda visibles. La luz del láser altera una especie de vibración en masa en el cristal de diamante llamados fonones, y las mediciones mostraron que estaban entrelazados: Las vibraciones del segundo diamante reaccionaron a lo que ocurrió a las vibraciones del primer diamante.

Realizar el experimento con pulsos láser ultrarrápidos permitió a los investigadores atrapar el entrlazamiento, que suele ser de muy corta vida en los objetos grandes a temperatura ambiente. ”Sigue siendo un camino contrario a la intuición pensar sobre estos objetos”, admitió Walmsley.

“Es una pieza muy bonita e inteligente de trabajar con implicaciones potencialmente grandes”, dijo Sidney Perkowitz, físico de la Universidad de Emory en Atlanta, y autor de “Luz Lenta: invisibilidad, teletransporte y otros misterios de la Luz”, un libro en parte sobre el entrelazamiento.

El tamaño macroscópico, y el hecho de que esto se hizo a temperatura ambiente, serían pasos importantes hacia una práctica tecnología cuántica de las telecomunicaciones y la informática, y hacia una comprensión más profunda de cómo funciona el mundo cuántico y el mundo a escala humana están relacionados. ”

Veamos una breve introducción a la Física del estado sólido, concretamente a las estructuras cristalinas, como la de la sal común, o la del diamante. Podemos imaginar que cada molécula del cristal está unida a las otras por un muelle que permite a la molécula realizar un movimiento vibratorio. Este muelle representa las fuerzas moleculares reales en el cristal.

Debido a que todas las moléculas están unidas entre si formando una estructura geométrica , si perturbamos cualquier molécula dándole un impulso para que oscile, la perturbación se propagará a toda la estructura.

Cuando dicha perturbación es muy pequeña, entramos en el terreno de la Física

Cuántica, que establece restricciones a las perturbaciones: han de ser cuantizadas, esto es, existen unas frecuencias de vibración permitidas, fundamentales.

Además, se puede asociar a cada perturbación cuántica una pseudopartícula portadora de fuerza: el fonón.

La idea es la misma que la del fotón, que es el mínimo de energia lumínica en la que podemos descomponer la luz.

Pues bien, el fonón es la mínima energía vibratoria en la que podemos descomponer la perturbación introducida en la red. Cuando la perturbación se extiende por la red, podemos visualizar fonones viajando por la red, distribuyendo la energía entre las moléculas.

Técnicamente, podemos decir que los fonones como partículas son bosones (partículas portadoras de fuerza) que poseen espín cero.

Entrelazamiento de fonones en diamantes.
 
En diciembre del 2011 Ian Walmsley publicó un artículo en la revista Science, Entangling macroscopic diamonds at room temperature, en la que detalla un montaje experimental que pone de manifiesto el entrelazamiento cuántico entre dos diamantes usando fonones.

Hasta ahora, los experimentos siempre han usado objetos microscópicos a bajas temperaturas para detectar el entrelazamiento, el experimento de Walmsley es el primero en usar objetos macroscópicos a temperatura ambiente.

Walmsley dividió en dos un haz de luz láser, de modo que cada mitad iluminaba un diamante sintético de unos tres milímetros de longitud.

Usando las partículas cuánticas para modelizar el experimento, es equivalente a decir que fotones de luz láser escogen una ruta o la otra al llegar al divisor de haz, inciden en uno de los dos diamantes, le comunican parte de su energía (chocando con alguna molécula de la estructura cristalina) y se dispersan, siendo recogidos por un detector.
La energía liberada por el fotón produce un fonón en el diamante; por tanto, por cada fotón que llega al detector, sabemos que se ha producido un fonón.

Ahora bien, según el principio de incertidumbre, y tal como se ha llevado a cabo el experimento, resulta imposible saber en cuál de los diamantes se genera el fonón.

De hecho, según la Mecánica Cuántica, el fonón no está confinado en ninguno de los diamantes, sino que está "compartido" por los dos, de forma que ambos diamantes forman un único sistema cuántico entrelazado.

La distancia de separación entre las gemas en este experimento fue de unos quince centímetros.

Sólo si efectuamos una medición en los diamantes para determinar dónde está el fonón, provocaremos el "colapso de la función de onda" forzando al fonón a manifestarse  en uno de los diamantes.

(QUANTUM-NET) entrelazamiento cuántico entre átomos


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