Además de las fuertes demostraciones recientes de que las partículas de luz realizan lo que Einstein llamó "acción espeluznante a distancia", en la que dos objetos separados pueden tener una conexión que excede la experiencia cotidiana, los físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST tienenconfirmó que las partículas de materia también pueden actuar realmente espeluznantes.
El equipo del NIST enredó un par de iones de berilio átomos cargados en una trampa, uniendo así sus propiedades, y luego separó el par y realizó una de las posibles manipulaciones de las propiedades de cada ion antes de medirlas., los resultados de las mediciones de la pareja en ciertos casos coincidieron, o en otros casos fueron diferentes, con mayor frecuencia de lo que la experiencia diaria podría predecir. Estas fuertes correlaciones son características del enredo cuántico.
Lo que es más, los cálculos estadísticos encontraron que los pares de iones mostraron un alto nivel raro de espeluznante.
"Estamos seguros de que los iones son un 67 por ciento espeluznantes", dijo Ting Rei Tan, autor principal de un nuevo Cartas de revisión física documento sobre los experimentos.
Los experimentos fueron pruebas de Bell "encadenadas", lo que significa que se construyeron a partir de una serie de posibles conjuntos de manipulaciones en dos iones. A diferencia de los experimentos anteriores, estas fueron pruebas de Bell mejoradas en las que el número de posibles manipulaciones para cada ion se eligió al azarde conjuntos de al menos dos y hasta 15 opciones.
Este método produce resultados estadísticos más sólidos que las pruebas convencionales de Bell. Esto se debe a que a medida que aumenta el número de opciones para manipular cada ion, la probabilidad disminuye automáticamente de que los iones se comporten mediante reglas clásicas o no cuánticas. Según las reglas clásicas,todos los objetos deben tener propiedades "locales" definidas y solo pueden influenciarse entre sí a la velocidad de la luz o más lentamente. Las pruebas de Bell se han utilizado durante mucho tiempo para mostrar que a través de la física cuántica, los objetos pueden romper una o ambas reglas, lo que demuestra una acción espeluznante.
Las pruebas de Bell convencionales producen datos que son una mezcla de acción local y espeluznante. Las pruebas de Bell perfectamente encadenadas pueden, en teoría, demostrar que hay cero posibilidades de influencia local. Los resultados del NIST se redujeron a un 33% de posibilidades de influencia local:Tan bajo puede alcanzar las pruebas convencionales de Bell, aunque no es el más bajo jamás reportado para una prueba encadenada, dijo Tan.
Sin embargo, el experimento NIST abrió nuevos caminos al cerrar dos de tres "lagunas" que podrían socavar los resultados, la única prueba de Bell encadenada para hacer esto usando tres o más opciones para manipular partículas de material. Los resultados son lo suficientemente buenos como para inferir elalta calidad de los estados enredados utilizando suposiciones mínimas sobre el experimento, un logro raro, dijo Tan.
El año pasado, un grupo diferente de investigadores y colaboradores del NIST cerró las tres lagunas en las pruebas convencionales de Bell con partículas de luz. Los nuevos experimentos de iones confirman nuevamente que la acción espeluznante es real.
"En realidad, creía en la mecánica cuántica antes de este experimento", dijo Tan con una sonrisa. "Nuestra motivación fue que estábamos tratando de usar este experimento para mostrar cuán buena es nuestra tecnología de computación cuántica atrapada, y qué podemos hacer coneso."
Los investigadores usaron la misma configuración de trampa de iones que en experimentos de computación cuántica anteriores. Con este aparato, los investigadores usan electrodos y láseres para realizar todos los pasos básicos necesarios para la computación cuántica, incluida la preparación y medición de estados cuánticos de iones; transporte de iones entre múltipleszonas de captura y creación de bits cuánticos estables qubits, rotaciones de qubit y operaciones lógicas confiables de dos qubit. Todas estas características eran necesarias para realizar las pruebas encadenadas de Bell. Se espera que las computadoras cuánticas algún día resuelvan problemas que actualmente son intratables comosimulando la superconductividad el flujo de electricidad sin resistencia y rompiendo los códigos de cifrado de datos más populares de la actualidad.
En las pruebas de Bell encadenadas del NIST, el número de configuraciones opciones para diferentes manipulaciones antes de la medición varió de dos a 15. Las manipulaciones actuaron en los estados de energía interna de los iones llamados "girar hacia arriba" o "girar hacia abajo".láser para rotar los giros de los iones en ángulos específicos antes de las mediciones finales.
Los investigadores realizaron varios miles de corridas para cada configuración y recolectaron dos conjuntos de datos con 6 meses de diferencia. Las mediciones determinaron los estados de rotación de los iones. Hubo cuatro resultados finales posibles: 1 ambos iones giran, 2 el primer giro de ionesy el segundo ión gira hacia abajo, 3 el primer ión gira hacia abajo y el segundo ión gira hacia arriba, o 4 ambos iones giran hacia abajo. Los investigadores midieron los estados en función de la cantidad de iones fluorescentes o dispersos de luz: el brillo era brillante y oscurofue girado hacia abajo.
El experimento NIST cerró las lagunas de detección y memoria, lo que de otro modo podría permitir que los sistemas clásicos comunes parezcan espeluznantes.
La escapatoria de detección se abre si los detectores son ineficientes y se utiliza un subconjunto de datos para representar el conjunto de datos completo. Las pruebas NIST cerraron esta escapatoria porque la detección de fluorescencia fue casi 100 por ciento eficiente, y los resultados de medición de cada ensayo encada experimento se registró y se usó para calcular los resultados.
El vacío de memoria se abre si se supone que los resultados de los ensayos están distribuidos de manera idéntica o no hay derivaciones experimentales. Las pruebas de Bell encadenadas anteriores se han basado en esta suposición, pero la prueba NIST pudo abandonarla. El equipo de NIST cerróel vacío de memoria al realizar miles de pruebas adicionales durante muchas horas con el conjunto de seis configuraciones posibles, utilizando una configuración elegida al azar para cada prueba y desarrollando una técnica de análisis estadístico más robusta.
Los experimentos de NIST no cerraron la escapatoria local, que está abierta si es posible que la elección de la configuración se comunique entre los iones. Para cerrar esta escapatoria, uno necesitaría separar los iones a una distancia tan grande que la comunicaciónentre ellos sería imposible, incluso a la velocidad de la luz. En el experimento NIST, los iones tuvieron que colocarse muy juntos como máximo, a 340 micrómetros de distancia para enredarse y medirse posteriormente, explicó Tan.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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