Al describir la naturaleza utilizando leyes físicas, los científicos a menudo comienzan con experiencias cotidianas. Sin embargo, nuestra intuición habitual no se aplica al mundo cuántico. Los físicos se han dado cuenta recientemente de que la teoría cuántica incluso nos obliga a cuestionar conceptos innatos, como el orden en queocurren cosas. Imagine, por ejemplo, una carrera entre dos amigos, Alice y Bob. En la vida cotidiana, el ganador es el primero en cruzar la línea de meta. Por lo tanto, el sentido común dice que Alice gana, Bob gana o empatan.Sin embargo, este razonamiento no siempre es aplicable en el mundo cuántico. De hecho, la mecánica cuántica permite que cada corredor gane y pierda en una carrera: Alice podría llegar a la meta tanto antes como después de Bob en superposición cuántica. Sin embargo, incluso si nosotroscelebró tal carrera cuántica, ¿cómo podríamos verificar que ambos corredores ganaron en superposición? Parte del problema es que la mecánica cuántica dice que cuando observamos la carrera "se derrumba". Esto significa que solo vemos a Alice ganar o perder la carrera:nosotrosNo puedo ver la superposición.
Testigo de órdenes de operaciones codificadas
Un grupo de físicos dirigido por Philip Walther en la Universidad de Viena ha implementado una nueva medición, llamada "testigo causal", que les permite ver a Alice ganar y perder al mismo tiempo. Esta emocionante técnica de medición fue diseñada por CaslavEl grupo de teoría de Brukner en la Academia de Ciencias de Austria. Formalmente, un testigo causal es una herramienta matemática para determinar si es posible describir un experimento sin tener que recurrir a órdenes superpuestas. Usando esta nueva herramienta, los físicos podrían hacer más que simplemente verAlice gana y pierde en la superposición: pudieron cuantificar el grado en que las dos situaciones se superpusieron realmente.
En lugar de realizar una carrera cuántica microscópica, los científicos superpusieron el orden en el que dos operaciones cuánticas actuaban sobre partículas de luz. En su experimento, los físicos colocaron fotones, partículas de luz, en una superposición de dos caminos diferentes.el camino se enrutaba en diferentes órdenes a través de dos operaciones cuánticas diferentes. Aunque en el pasado el equipo había creado una superposición de órdenes de operaciones cuánticas, anteriormente solo podían verificar la superposición indirectamente.
Para implementar el testigo causal, los físicos necesitaban idear un esquema que les permitiera extraer información del interior de un proceso cuántico altamente frágil sin destruirlo. Para ello, utilizaron otro sistema cuántico para esencialmente levantar una bandera cuando elel fotón pasó por una de las operaciones cuánticas. Aunque esto podría haber colapsado el sistema, los físicos encontraron un nuevo truco para medir el sistema cuántico adicional mientras mantenían intacta la superposición. Su nueva técnica les permitió extraer información sobre la superposición general,y no sobre el orden de las operaciones. A partir de esos resultados de medición, confirmaron que los fotones realmente habían pasado por ambas operaciones cuánticas en dos órdenes al mismo tiempo.
implicaciones futuras
El hecho de que el orden de las operaciones cuánticas se puede poner en superposición cuántica abre un nuevo campo de juego para los estudios de mecánica cuántica. En el lado teórico, esto ya está indicado por una gran cantidad de estudios y propuestas sobre el papel de "causalidad"relaciones "dentro de la mecánica cuántica. Sin embargo, traducir estas propuestas en experimentos de laboratorio es un desafío". Nuestra demostración experimental es un avance significativo en esta área, ya que demuestra cómo extraer información dentro de estos procesos sin alterar su naturaleza cuántica ", dice Giulia Rubino., autor principal del estudio.
El próximo objetivo del grupo es explotar nuevos avances tecnológicos para crear superposiciones de procesos más complejos. Esto les permitirá obtener una visión más profunda de la interacción entre las relaciones causales y la mecánica cuántica. Además, presenta una nueva ruta interesante para optimizar las tareas inclusomás allá de lo posible utilizando computadoras cuánticas estándar con un orden fijo de operaciones.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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