Logran entrelazar miles de átomos con un solo fotón

Actualizado 26/03/2015 13:37:01 CET
Entrelazamiento masivo de átomos
Foto: CHRISTINE DANILOFF/MIT AND JOSE-LUIS OLIVARES/MIT

MADRID, 26 Mar. (EUROPA PRESS) -

   Físicos del MIT (Instituto Tecnológico de Massachussets) y de la Universidad de Belgrado han desarrollado una nueva técnica que puede enredar con éxito 3.000 átomos utilizando un solo fotón.

   Los resultados, publicados en la revista Nature, representan el mayor número de partículas que ha sido mutuamente entrelazados experimentalmente.

   Los investigadores dicen que la técnica ofrece un método realista para generar grandes conjuntos de átomos entrelazados, que son componentes clave para la realización de los relojes atómicos más precisos.

   "Se puede argumentar que un solo fotón no puede cambiar el estado de 3.000 átomos, pero este fotón lo hace, acumulando correlaciones que no había antes", dice Vladan Vuletic, del departamento de Físicia del MIT, y autor principal del artículo. "Básicamente, hemos abierto una nueva clase de estados entrelazados que podemos producir, pero hay muchas nuevas clases más para ser explorados".

   El entrelazamiento es un fenómeno curioso: Como dice la teoría, dos o más partículas pueden estar correlacionadas de tal manera que cualquier cambio en una cambiará simultáneamente la otra, no importa lo lejos que estén. Por ejemplo, si a un átomo en un par entrelazado se le hace girar como las agujas del reloj, el otro átomo instantáneamente empezará a girar en sentido antihorario, aunque los dos pueden estar físicamente separados por miles de kilómetros.

   El fenómeno del entrelazamiento, que el físico Albert Einstein hizo famoso al calificarlo como la "acción fantasmal a distancia", es descrito no por las leyes de la física clásica, pero por la mecánica cuántica, que explica las interacciones de las partículas a escala nanométrica. En tales escalas minúsculas, partículas como los átomos tienen un comportamiento diferente al de la macroescala.

   Los científicos han estado buscando la manera de enredar no sólo pares, pero un gran número de átomos; estos conjuntos podrían ser la base para ordenadores cuánticos poderosos y relojes atómicos más precisos. Esto última es una motivación para el grupo de Vuletic.

EXPERIENCIAS PREVIAS

   Hasta el momento los científicos han sido capaces de enredar grandes grupos de átomos, aunque la mayoría de los intentos sólo han generado entrelazamiento entre pares en un grupo. Sólo un equipo había enredado con éxito unos 100 átomos - el mayor entrelazamiento mutuo hasta la fecha, y sólo una pequeña parte de todo el conjunto atómico.

   Ahora Vuletic y sus colegas han creado con éxito un entrelazamiento mutuo entre 3.000 átomos, prácticamente todos los átomos en el conjunto, utilizando una muy débil luz láser - a impulsos que contienen un solo fotón. Cuanto más débil es la luz, mejor, dice Vuletic, ya que es menos probable que altere la nube. "El sistema permanece en un estado cuántico relativamente limpio", dice.

   Primero, los investigadores enfriaron una nube de átomos, entonces los atraparon en una trampa láser, y enviaron un pulso láser débil por la nube. A continuación, configurar un detector para buscar un fotón en particular dentro del haz. Vuletic razonó que si un fotón ha pasado a través de la nube de átomos sin evento, su polarización, o dirección de oscilación, seguiría siendo la misma.

   Si, sin embargo, un fotón ha interactuado con los átomos, su polarización gira ligeramente, una señal de que se vio afectada por el ruido cuántico en el conjunto de átomos giratorios, en el que el ruido es la diferencia en el número de átomos que giran en sentido horario y en sentido contrario.