Los físicos de la Universidad de Basilea han observado la paradoja de la mecánica cuántica de Einstein-Podolsky-Rosen en un sistema de varios cientos de átomos que interactúan por primera vez. El fenómeno se remonta a un famoso experimento mental de 1935. Permite que los resultados de las mediciones seanpredijo con precisión y podría usarse en nuevos tipos de sensores y métodos de imágenes para campos electromagnéticos. Los hallazgos fueron publicados recientemente en la revista ciencia .
¿Con qué precisión podemos predecir los resultados de las mediciones en un sistema físico? En el mundo de las partículas diminutas, que se rige por las leyes de la física cuántica, existe un límite fundamental para la precisión de tales predicciones. Este límite se expresa mediantela relación de incertidumbre de Heisenberg, que establece que es imposible predecir simultáneamente, por ejemplo, las medidas de la posición y el momento de una partícula, o de dos componentes de un espín, con precisión arbitraria.
Una disminución paradójica de la incertidumbre
Sin embargo, en 1935, Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen publicaron un famoso artículo en el que demostraron que las predicciones precisas son teóricamente posibles bajo ciertas circunstancias. Para ello, consideraron dos sistemas, A y B, en lo que esconocido como un estado "enredado", en el que sus propiedades están fuertemente correlacionadas
En este caso, los resultados de las mediciones en el sistema A pueden usarse para predecir los resultados de las mediciones correspondientes en el sistema B con, en principio, una precisión arbitraria. Esto es posible incluso si los sistemas A y B están separados espacialmente. La paradoja esque un observador puede usar mediciones en el sistema A para hacer declaraciones más precisas sobre el sistema B que un observador que tiene acceso directo al sistema B pero no a A.
Primera observación en un sistema de muchas partículas
En el pasado, los experimentos han utilizado luz o átomos individuales para estudiar la paradoja de EPR, que toma sus iniciales de los científicos que la descubrieron. Ahora, un equipo de físicos dirigido por el profesor Philipp Treutlein del Departamento de Física de la Universidad deBasilea y el Instituto Suizo de Nanociencia SNI han observado con éxito la paradoja EPR utilizando un sistema de muchas partículas de varios cientos de átomos que interactúan por primera vez.
El experimento utilizó láseres para enfriar átomos a solo unas pocas billonésimas de grado por encima del cero absoluto. A estas temperaturas, los átomos se comportan completamente de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica y forman lo que se conoce como condensado de Bose-Einstein, unestado de la materia que Einstein predijo en otro artículo pionero en 1925. En esta nube ultrafría, los átomos chocan constantemente entre sí, haciendo que sus espines se enreden.
Luego, los investigadores tomaron medidas del espín en regiones espacialmente separadas del condensado. Gracias a las imágenes de alta resolución, pudieron medir las correlaciones de espín entre las regiones separadas directamente y, al mismo tiempo, localizar los átomos enposiciones definidas con precisión. Con su experimento, los investigadores lograron utilizar mediciones en una región determinada para predecir los resultados de otra región.
"Los resultados de las mediciones en las dos regiones estaban tan fuertemente correlacionados que nos permitieron demostrar la paradoja EPR", dice el estudiante de doctorado Matteo Fadel, autor principal del estudio. "Es fascinante observar un fenómeno cuántico tan fundamentalfísica en sistemas cada vez más grandes. Al mismo tiempo, nuestros experimentos establecen un vínculo entre dos de los trabajos más importantes de Einstein ".
En el camino hacia la tecnología cuántica
Además de su investigación básica, los científicos ya están especulando sobre posibles aplicaciones para su descubrimiento. Por ejemplo, las correlaciones que están en el corazón de la paradoja EPR podrían usarse para mejorar los sensores atómicos y los métodos de imágenes para campos electromagnéticos.El desarrollo de sensores cuánticos de este tipo es uno de los objetivos del Centro Nacional de Competencia en Investigación de Ciencia y Tecnología Cuántica NCCR QSIT, en el que el equipo de investigadores participa activamente.
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Materiales proporcionado por Universidad de Basilea . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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