Sondeando la física cuántica a escala macroscópica

Actualizado 03/12/2018 11:25:00 CET
Correlación cuántica en el experimento
TU DELFT

   MADRID, 3 Dic. (EUROPA PRESS) -

   Experimentos de las universidades de Viena y TU Delft implican que la mecánica cuántica se extiende hasta el dominio macroscópica al idear un sistema con entrelazamientos entre fonones mecánicos y fotones ópticos.

   Ellos probaron el entrelazamiento usando una prueba de Bell, una de las pruebas más convincentes e importantes para mostrar que un sistema se comporta de forma no clásica.

   Desde su inicio hace más de 100 años, los físicos se dieron cuenta de que la teoría cuántica podría estar en conflicto con algunos de los axiomas básicos de la física clásica. En particular, los principios en cuestión son si la información se puede intercambiar más rápido que la velocidad de la luz (llamada "localidad"), y si existen cantidades físicas, independientemente de si se observan o no (llamadas "realismo").

   Un acalorado debate entre Einstein y Niels Bohr sobre este conflicto de axiomas en la década de 1930 inició una investigación de décadas sobre las correlaciones entre los sistemas cuánticos. Este fenómeno, denominado entrelazamiento cuántico, cristalizó rápidamente como una de las predicciones clave de la mecánica cuántica. El trabajo de John Bell en la década de 1960 abrió una ruta para probar estos principios de manera experimental, lo que agregó nuevos y emocionantes resultados al debate. Sin embargo, la mayoría de los experimentos cuánticos realizados hasta la fecha tratan con una o con un número relativamente pequeño de partículas.

CORRELACIONES CUÁNTICAS

   Ahora, un equipo de científicos liderado por Simon Gröblacher, de la Universidad Tecnológica de Delft, ha ingresado en una escala completamente nueva de mediciones cuánticas. Crearon un dispositivo que generó correlaciones entre el movimiento vibratorio de los osciladores optomecánicos de silicio, que comprenden aproximadamente 10.000 millones de átomos, y los modos ópticos.

   Los dispositivos se enfriaron a sus estados fundamentales de movimiento dentro de un refrigerador de dilución y luego se sondaron con pulsos de láser. Las frecuencias específicas del láser pueden interactuar con los dispositivos, ya sea estimulando el movimiento de forma controlada o leyendo su estado. Cuando esto sucede, surgen correlaciones entre la luz dispersada y los dispositivos que permiten predecir perfectamente el comportamiento de uno de ellos por el otro.

   Para probar si las correlaciones en su sistema eran, de hecho, la mecánica cuántica en funcionamiento, y no la física clásica, realizaron una prueba de Bell. Las dos partículas se presentaron esencialmente con una opción: el experimento se diseñó de tal manera que cada una podría registrarse en uno de los dos detectores.

   Ambos resultados fueron igualmente probables por diseño, lo que hizo imposible predecir el resultado para fotones o fonones individualmente. Sin embargo, debido a las correlaciones entre los dos, los fonones se podrían hacer de manera que siempre den un resultado de medición correspondiente a los fotones. En alrededor del 80 por ciento de los casos, se encontró que se comportaban de esa manera, lo que está muy por encima del umbral de Bell clásico de alrededor del 70 por ciento.

   La verdadera prueba de Bell consistía en modificar ciertos parámetros experimentales que afectan a las dos partículas de diferentes maneras y ver cuándo se rompe esta dependencia. En cuanto a la mecánica cuántica, los dos pueden mantener resultados de medición correlacionados durante mucho más tiempo de lo que se permite clásicamente. "Esta es la prueba más completa realizada de un dispositivo masivo que se comporta mecánicamente de forma cuántica", dijo el profesor Gröblacher en un comunicado.

   Estos resultados implican que la mecánica cuántica se extiende hasta el dominio macroscópico. Además, el dispositivo fabricado por los investigadores se puede ampliar y mejorar. Gröblacher: "Como nuestro protocolo experimental es independiente del tamaño del oscilador, estos resultados sientan las bases para la posibilidad de sondear el límite entre la física clásica y la física cuántica con objetos arbitrariamente grandes, incluso los que son visibles a simple vista".