En el mundo cuántico, los físicos estudian las pequeñas partículas que componen nuestro mundo clásico: neutrones, electrones, fotones, ya sea uno a la vez o en números pequeños porque el comportamiento de las partículas es completamente diferente a una escala tan pequeñaSi agrega a la cantidad de partículas que se están estudiando, eventualmente habrá suficientes partículas que ya no actuarán mecánicamente cuánticamente y deben identificarse como clásicas, como nuestro mundo cotidiano. Pero ¿dónde está la línea entre el mundo cuántico y¿El mundo clásico? Un grupo de científicos de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST exploró esta pregunta mostrando que lo que se pensaba que era un fenómeno cuántico puede explicarse de manera clásica. Recientemente publicaron sus resultados en Cartas de revisión física .
"Queríamos saber sobre la relación y las interacciones entre la luz y la materia", dijo el profesor Denis Konstantinov, autor y líder de la Unidad de Dinámica Cuántica de OIST. "Por luz nos referimos a campos electromagnéticos: ondas de radio, microondas o luz.todos están descritos por las mismas leyes en física. Por materia, nos referimos a una colección de pequeñas partículas, como átomos o electrones ".
Específicamente, el equipo estaba interesado en un fuerte acoplamiento en las interacciones de materia de luz donde hay una gran cantidad de partículas que componen la materia. Un fuerte acoplamiento es cuando la luz y la materia se ven afectadas por las interacciones. En la mayoría de las circunstancias,la luz no se ve afectada cuando la luz y la materia interactúan. Por ejemplo, un barco en el océano se ve afectado por las olas, pero el océano no se ve realmente afectado por la presencia del barco. El acoplamiento fuerte es interesante porque tanto el barco la materiay las ondas luz se ven fuertemente afectadas por la interacción con el otro. En general, esto se ha considerado como un efecto cuántico. Sin embargo, los investigadores querían explorar el límite entre los mundos cuántico y clásico.
"Todos están de acuerdo en que si tienes una colección de una gran cantidad de partículas cuánticas es clásica y si tienes luz atrapada en una cavidad, también es clásica", dijo Konstantinov. "Pero entonces, si las juntamos yunirlos fuertemente, de alguna manera se vuelve cuántico. Esto no nos pareció del todo correcto "
Para ver si este tipo de acoplamiento fuerte podría explicarse de manera clásica, los investigadores tomaron una colección de decenas a cientos de millones de electrones en la superficie del helio líquido, que existe a temperaturas muy bajas. Luego llevaron los electrones a una cavidadque contienen microondas electromagnéticas. A partir de ahí, los electrones y las ondas podrían interactuar y el equipo observó cambios tanto en los electrones como en las ondas electromagnéticas.
"Vimos fuertes cambios en la frecuencia de las ondas electromagnéticas mientras interactuaban con los electrones y también fuertes cambios en la actividad de los electrones", dijo Konstantinov. "Esta es una firma de acoplamiento fuerte".
A partir de ahí, crearon con éxito un modelo clásico que describía el fenómeno del acoplamiento fuerte que estaban viendo experimentalmente. Esto significaba que el acoplamiento fuerte con grandes cantidades de partículas podría clasificarse en el mundo clásico en lugar del mundo cuántico como se pensaba anteriormente.
"La transición del mundo cuántico al comportamiento clásico no está realmente clara. Pero en este caso hemos mostrado dónde termina el cuanto cuántico y comienza el clásico", dijo Konstantinov. "Sin embargo, si bien este fuerte acoplamiento en sí mismo es clásico, lo haceno significa que nada sea cuántico. Puede llevar este sistema a un régimen cuántico introduciendo la no linealidad como un qubit ".
Qubits son unidades de información cuántica que son parte integral de la computación cuántica porque existen en una superposición de dos estados y pueden contener una cantidad mucho mayor de información en comparación con un bit normal utilizado en computadoras normales. Comprender el acoplamiento fuerte y su relación con los qubitspodría ser significativo para el desarrollo de la computación cuántica.
"El acoplamiento fuerte es muy importante para la computación cuántica", dijo Konstantinov. "Si tiene un acoplamiento fuerte, puede intercambiar información cuántica entre qubits, luz y partículas, que pueden servir como memoria cuántica".
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Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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