La primera ‘película’ de una medición cuántica, un avance de la física con ciencia española
El hecho de medir un sistema cuántico suele forzarlo hacia un estado clásico, pero científicos de la Universidad de Sevilla y otros centros europeos han logrado tomar instantáneas durante una millonésima de segundo para ‘filmar’ este proceso sin destruir la información cuántica. El avance, que podría ayudar a corregir errores en los ordenadores cuánticos, figura entre los diez mejores de 2020 según la revista Physics World.
Cada año la revista Physics World, el magazín de una de las sociedades de física más grandes del mundo, el Institute of Physics (IOP), destaca los grandes avances anuales en este campo. En 2020 un nuevo emisor de luz basado en silicio ha sido la investigación ganadora, pero entre las diez finalistas a este prestigioso reconocimiento figura un estudio con presencia española.
Un equipo de científicos de las universidades de Sevilla, País Vasco, Estocolmo (Suecia) y Siegen (Alemania) ha conseguido por primera vez ‘filmar’ lo que sucede durante una medición de un sistema cuántico. Los detalles se publicaron en la revista Physical Review Letters.
Para realizar el trabajo se utilizó un ion de estroncio (un átomo cargado eléctricamente) atrapado en un campo eléctrico.
La medición sobre el ion dura apenas una millonésima de segundo, pero los investigadores consiguieron hacer una ‘película’ del proceso reconstruyendo el estado cuántico del sistema en diferentes momentos, confirmando así una de las predicciones más sutiles de la física cuántica.
“El experimento es interesante por dos motivos”, explica el coautor Adán Cabello, del departamento de Física Aplicada II de la Universidad de Sevilla, “por un lado, muestra que el cambio del estado cuántico durante una medición no es instantáneo –como muchos creen– sino que ocurre gradualmente”.
Estado cuántico real, no teórico
“Pero, además, –añade–, el experimento demuestra que las mediciones cuánticas que preservan los estados cuánticos con máxima información son procesos reales que ocurren en la naturaleza y no simples idealizaciones teóricas”.
El resultado del experimento se ha podido resumir en un GIF animado que muestra lo que le ocurre al estado cuántico del ion durante esa millonésima de segundo, visualizado mediante un tablero tridimensional. Las alturas de las torres indican el grado de superposición de los posibles estados cuánticos.
La película muestra cómo durante la medición algunas de las superposiciones se pierden de forma gradual, mientras que otras se conservan tal y como ha de suceder en una medición cuántica ideal.
“Aunque el acto de medición generalmente fuerza a los sistemas cuánticos a estados clásicos definidos, este trabajo muestra que algunas mediciones no destruyen toda la información cuántica”, destaca Physics World, “y tomando los ‘fotogramas’ durante los experimentos con el ion de estroncio, el equipo ha revelado que las mediciones no son instantáneas, sino que convierten gradualmente los estados de superposición en clásicos”.
“Debido a que las mediciones ‘débiles’ utilizadas por el equipo podrían, en principio, permitir la detección de errores en estados cuánticos, sin destruirlos durante el proceso, este avance podría usarse para mejorar la corrección de errores en computadoras cuánticas”, concluyen los responsables de la revista.
Referencia:
Fabian Pokorny, Chi Zhang, Gerard Higgins, Adán Cabello, Matthias Kleinmann, Markus Hennrich. «Tracking the Dynamics of an Ideal Quantum Measuremen». Phys. Rev. Lett.
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