La imagen de dos fotones entrelazados muestra un ‘yin yang’ cuántico
En el apasionante mundo de la física cuántica, la observación y comprensión de los fenómenos subatómicos han sido durante mucho tiempo un desafío intrigante para los científicos. Ahora, investigadores de la Universidad de Ottawa, en colaboración con la Universidad Sapienza de Roma, han logrado un avance revolucionario al demostrar una técnica novedosa que permite visualizar en tiempo real la función de onda de dos fotones entrelazados, revelando una imagen que evoca la famosa dualidad del ‘yin yang’. Esta técnica, basada en el uso de cámaras avanzadas, permite reconstruir el estado cuántico completo de partículas entrelazadas de manera rápida y eficiente, abriendo una nueva ventana al mundo de la mecánica cuántica.
Entrelazamiento Cuántico: El Par de Zapatos Cuántico
Los científicos utilizan una analogía sencilla para explicar el concepto de entrelazamiento cuántico, a menudo considerado como uno de los fenómenos más desconcertantes de la física cuántica. Imaginen que tienen un par de zapatos, uno en cada extremo del universo. Lo que hace que este par de zapatos sea tan intrigante es que, una vez que identificamos uno de los zapatos (ya sea el izquierdo o el derecho), instantáneamente conocemos la naturaleza del otro, sin importar cuán lejos estén. Sin embargo, lo verdaderamente intrigante es que existe una incertidumbre inherente hasta el momento exacto de la observación.
La “función de onda”, un concepto central en la mecánica cuántica, es como la etiqueta de nuestros zapatos y contiene información como izquierda o derecha, talla, color, etc. Esta capacidad predictiva de la función de onda es invaluable en el campo en constante avance de la tecnología cuántica.
"A new technique based on advanced camera technology… that records events with nanosecond (one 1 000 000 000th of a second) resolution… demonstrates a fast & efficient approach to reconstructing the full quantum state of entangled particles" – https://t.co/WruDOxkSyq
— Robert Horvitz (@open_spectrum) August 23, 2023
Tomografía Cuántica: Un Desafío Intrincado
Determinar la función de onda de un sistema cuántico entrelazado es una tarea desafiante conocida como tomografía cuántica. Métodos anteriores utilizaban un enfoque proyectivo estándar, similar a observar las sombras de un objeto multidimensional proyectado en diferentes paredes desde direcciones independientes. Sin embargo, esta aproximación podía llevar horas o incluso días para caracterizar o medir el estado cuántico de alta dimensión de dos fotones entrelazados.
El Giro Hacia la Holografía Cuántica
El equipo liderado por Ebrahim Karimi, de la Universidad de Ottawa, ha llevado la ciencia cuántica un paso más allá al adoptar un enfoque de holografía digital al caso de dos fotones entrelazados. Para reconstruir este estado bifotónico, superpusieron este estado cuántico con otro bien conocido y luego analizaron la distribución espacial de las posiciones en las que llegaban los dos fotones simultáneamente. La imagen resultante de la llegada simultánea se conoce como “imagen de coincidencia” y el patrón de interferencia resultante pudo usarse para reconstruir la función de onda desconocida.
La clave de este avance fue una cámara avanzada con una resolución de nanosegundos en cada píxel, lo que permitió un registro preciso de los eventos cuánticos. Alessio D’Errico, científico de la Universidad de Ottawa, destacó las ventajas de este innovador enfoque, enfatizando que es “exponencialmente más rápido que las técnicas anteriores y solo requiere minutos o segundos en lugar de días”. Además, señaló que el tiempo de detección no se ve influenciado por la complejidad del sistema, lo que resuelve un desafío de larga data en la tomografía proyectiva.
Este emocionante logro abre nuevas perspectivas en la observación y comprensión de la mecánica cuántica, allanando el camino hacia un futuro de aplicaciones cuánticas más eficientes y avanzadas. El estudio, publicado recientemente en Nature Photonics, marca un hito en la búsqueda de comprender los misterios del mundo cuántico de una manera más rápida y precisa que nunca antes.
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Con información de: ActualidadRT
