Los físicos del Russian Quantum Center RQC, MIPT, el Lebedev Physical Institute y L'Institut d'Optique Palaiseau, Francia han ideado un método para crear un estado cuántico especial entrelazado. Este estado permite producir un altoregla de precisión capaz de medir grandes distancias con una precisión de mil millonésimas de metro. Los resultados del estudio se han publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
"Esta técnica nos permitirá utilizar efectos cuánticos para aumentar la precisión de la medición de la distancia entre observadores que están separados entre sí por un medio con pérdidas. En este tipo de medio, las características cuánticas de la luz se destruyen fácilmente", diceAlexander Lvovsky, coautor del artículo, jefe del equipo científico de RQC que realizó la investigación y profesor de la Universidad de Calgary.
El estudio se centró en lo que se conoce como estados N00N de fotones en los que hay una superposición de posiciones espaciales no de uno, sino de varios fotones. Es decir, un pulso de láser multifotón está en dos puntos al mismo tiempo.
Estos estados podrían ser importantes para la metrología o, más precisamente, podrían mejorar significativamente las capacidades de los interferómetros ópticos, como los que se utilizan para detectar ondas gravitacionales en el proyecto LIGO.
En los interferómetros ópticos, los rayos láser de dos espejos se "mezclan" entre sí y se producen interferencias las ondas de luz se fortalecen o cancelan entre sí dependiendo de la posición exacta de los espejos. Esto permite medir sus desplazamientos microscópicos, debido a que la distancia entre las franjas interferométricas es la misma que la longitud de onda, aproximadamente 0,5-1 micrones. Sin embargo, muchos experimentos requieren una precisión aún mayor. La detección de ondas gravitacionales, por ejemplo, requería mediciones de desplazamientos comparables al diámetro de un protón.
"Aunque ya se han logrado sensibilidades tan extremadamente altas, los estados N00N podrían ser útiles para aumentar la precisión aún más, porque las franjas de interferencia que crean son mucho más estrechas que la longitud de onda" - dice Philippe Grangier, otro coautor deel estudio, profesor de L'Institut d'Optique.
"El problema es que los estados N00N son extremadamente susceptibles a las pérdidas. Cuando se viajan largas distancias, ya sea en canales atmosféricos o de fibra, un haz de luz inevitablemente pierde intensidad. Para la luz clásica ordinaria, eso no importa demasiado. Perosi un estado de luz entrelazada pasa a través de un medio con pérdidas incluso pequeñas, se "desenreda" y ya no es útil ", dice Lvovsky.
Él y sus colegas encontraron una manera de resolver este problema.
"Hay un fenómeno llamado intercambio de entrelazamientos. Supongamos que Alice y Bob tienen un estado entrelazado. Si luego tomo una parte del estado entrelazado de Alice y otra parte de Bob, y hago una medición conjunta en ellas, las partes restantesde los estados de Alice y Bob también se enredarán aunque nunca hayan interactuado ", dice Lvovsky.
"En nuestro experimento realizado en el laboratorio de RQC, Alice y Bob crean dos estados entrelazados. El envían una de las partes a un medio con pérdidas, que en nuestro experimento es simulado por vidrio oscurecido. Un tercer observador, a medio camino entre Alice yBob, realiza mediciones conjuntas en estas partes. Esto da como resultado un intercambio de entrelazados: las partes restantes de los estados de Alice y Bob están en el estado N00N. Y como estas partes no experimentaron pérdidas, exhiben sus propiedades cuánticas en su totalidad ", explica el líder.autor del artículo, Alexander Ulanov, investigador del RQC y estudiante de posgrado del MIPT.
Según él, el nivel de pérdidas en el vidrio corresponde a un espesor atmosférico de aproximadamente 50 kilómetros. El mismo método también podría utilizarse para la propagación de la luz en el vacío, ya sea en los actuales interferómetros terrestres como LIGO, o enfuturos basados en el espacio como LISA.
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Materiales proporcionado por Instituto de Física y Tecnología de Moscú . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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