En un nuevo estudio, los investigadores demuestran tácticas creativas para deshacerse de las lagunas que han confundido durante mucho tiempo las pruebas de la mecánica cuántica. Con su método innovador, los investigadores pudieron demostrar las interacciones cuánticas entre dos partículas espaciadas a más de 180 metros 590 piesaparte, al tiempo que elimina la posibilidad de que eventos compartidos durante los últimos 11 años hayan afectado su interacción.
Se presentará un documento que explica estos resultados en la conferencia Frontiers in Optics + Laser Science FIO + LS, celebrada del 15 al 19 de septiembre en Washington, DC, EE. UU.
Los fenómenos cuánticos se están explorando para aplicaciones en informática, encriptación, detección y más, pero los investigadores aún no comprenden completamente la física detrás de ellos. El nuevo trabajo podría ayudar a avanzar en las aplicaciones cuánticas al mejorar las técnicas para probar la mecánica cuántica.
Una prueba para teorías cuánticas
Los físicos han lidiado durante mucho tiempo con diferentes ideas sobre las fuerzas que gobiernan nuestro mundo. Si bien las teorías de la mecánica cuántica han superado gradualmente a la mecánica clásica, muchos aspectos de la mecánica cuántica siguen siendo misteriosos. En la década de 1960, el físico John Bell propuso una forma de probar la mecánica cuánticaconocida como la desigualdad de Bell.
La idea es que dos partes, apodadas Alice y Bob, hagan mediciones en partículas que están ubicadas muy separadas pero conectadas entre sí a través de un enredo cuántico.
Si el mundo estuviera gobernado únicamente por la mecánica cuántica, estas partículas remotas estarían gobernadas por una correlación no local a través de las interacciones cuánticas, de modo que medir el estado de una partícula afecta el estado de la otra. Sin embargo, algunas teorías alternativas sugieren queLas partículas solo parecen afectarse entre sí, pero en realidad están conectadas por otras variables ocultas siguiendo la física clásica, en lugar de la cuántica.
Los investigadores han llevado a cabo muchos experimentos para probar la desigualdad de Bell. Sin embargo, los experimentos no siempre pueden ser perfectos, y existen lagunas conocidas que podrían causar resultados engañosos. Si bien la mayoría de los experimentos han respaldado firmemente la conclusión de que existen interacciones cuánticas, estas lagunas aún se vanuna remota posibilidad de que los investigadores puedan estar inadvertidamente afectando variables ocultas, dejando así dudas.
Lagunas de cierre
En el nuevo estudio, Li y sus colegas demuestran formas de cerrar esas lagunas y agregar a la evidencia que la mecánica cuántica gobierna las interacciones entre las dos partículas.
"Realizamos una prueba de Bell libre de lagunas con los ajustes de medición determinados por fotones cósmicos remotos. Así verificamos la integridad de la mecánica cuántica con alta probabilidad de confianza", dijo Ming-Han Li de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, quien es el autor principal del artículo.
Su configuración experimental incluye tres componentes principales: un dispositivo que envía periódicamente pares de fotones enredados y dos estaciones que miden los fotones. Estas estaciones son Alice y Bob, en el lenguaje de la desigualdad de Bell. La primera estación de medición es de 93 metros 305 pies desde la fuente del par de fotones y la segunda estación está a 90 metros 295 pies en la dirección opuesta.
Los fotones enredados viajan a través de fibra óptica monomodo a las estaciones de medición, donde su estado de polarización se mide con una célula de Pockels y los fotones se detectan mediante detectores de fotones únicos de nanocables superconductores.
Al diseñar su experimento, los investigadores buscaron superar tres problemas clave: la idea de que la pérdida y el ruido hacen que la detección no sea confiable la laguna de detección, la idea de que cualquier comunicación que afecte las opciones de medición de Alice y Bob hace que la medición sea engañosa la localidadescapatoria, y la idea de que una elección de ajuste de medición que no sea "verdaderamente libre y aleatoria" hace que el resultado pueda ser controlado por una causa oculta en el pasado común la escapatoria de libertad de elección.
Para abordar el primer problema, Li y sus colegas demostraron que su configuración alcanzó un nivel suficientemente bajo de pérdida y ruido al comparar las mediciones realizadas al comienzo y al final del viaje del fotón. Para abordar el segundo, construyeron la configuración experimental conseparación espacial entre los eventos de la elección de la configuración de medición. Para abordar la tercera, basaron sus elecciones de configuración de medición en el comportamiento de los fotones cósmicos de 11 años antes, lo que ofrece una alta confianza de que nada en el pasado compartido de las partículas, al menos durantelos últimos 11 años: creó una variable oculta que afecta el resultado.
Combinando predicciones calculadas teóricamente con resultados experimentales, los investigadores pudieron demostrar las interacciones cuánticas entre los pares de fotones enredados con un alto grado de confianza y fidelidad. Su experimento proporciona así evidencia sólida de que los efectos cuánticos, en lugar de las variables ocultas, están detrás decomportamiento de las partículas.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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