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17 de octubre de 2019

Física cuántica: estilo fotón de Ménage à trois

Imagen : Una red cuántica con una estructura triangular permite un tipo fundamentalmente nuevo de correlaciones cuánticas.

El enredo es una de las propiedades específicas de las partículas cuánticas. Cuando dos fotones se enredan, por ejemplo, el estado cuántico del primero se correlacionará perfectamente con el estado cuántico del segundo, incluso si están a una distancia el uno del otro.

Pero, ¿qué sucede cuando tres pares de fotones enredados se colocan en una red? Investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, trabajando en colaboración con el Instituto de Investigación en Ciencias Fundamentales (MIP) de Teherán, han demostrado que este arreglo permite una nueva forma de correlación cuántica en teoría. Cuando los científicos obligaron a dos fotones de pares separados a enredarse, la conexión también se hizo con su fotón gemelo presente en otra parte de la red, formando un triángulo altamente correlacionado. Estos resultados, publicados en la revista Physical Review Letters , crea el potencial para nuevas aplicaciones en criptografía.

El enredo involucra dos partículas cuánticas, por ejemplo, fotones, que forman un único sistema físico a pesar de la distancia entre ellos. Cada acción realizada en uno de los dos fotones tiene un impacto en su fotón "gemelo". Este principio de entrelazamiento conduce a la no localidad cuántica: las mediciones y estadísticas de las propiedades observadas en uno de los fotones están estrechamente relacionadas con las del otro fotón. "La no localidad cuántica fue descubierta teóricamente por John Stewart Bell en 1964", dice Nicolas Brunner, profesor asociado en el Departamento de Física Aplicada de la Facultad de Ciencias de la UNIGE. “Esto demostró que las correlaciones de fotones son exclusivamente de naturaleza cuántica y, por lo tanto, no pueden explicarse por la física convencional. Este principio podría usarse para generar claves de cifrado ultra seguras ".

Pero, ¿cuáles son las implicaciones de este principio de no localidad cuántica cuando se colocan varios pares de fotones en una red? "Para responder a esta pregunta, diseñamos un experimento con tres pares de fotones que luego se separaron y dispersaron en tres puntos, formando un triángulo", dice Marc-Olivier Renou, quien también es investigador en el Departamento de Física Aplicada. "En cada vértice, dos fotones de un par diferente se procesan juntos".

Posteriormente, los físicos obligaron a los dos fotones en cada vértice del triángulo a enredarse haciéndolos interactuar entre sí, antes de medirlos. Finalmente mostraron que las estadísticas que surgen de estas mediciones no pueden explicarse por ninguna teoría física local. Además, estas estadísticas están tan fuertemente correlacionadas que podrían representar una nueva forma de correlaciones cuánticas. "Podría convertirse en una nueva versión del teorema de Bell, específica de las redes cuánticas", dice Nicolas.

Este importante descubrimiento teórico subraya el poder de las correlaciones cuánticas en las redes, que supera con creces lo que los investigadores habían pensado originalmente que era posible. El siguiente paso será observar estos fenómenos en el laboratorio. "No será un juego de niños, porque llevar a cabo un experimento como este todavía es extremadamente difícil por el momento", concluye Nicolas Gisin, profesor del Departamento de Física Aplicada de UNIGE.

 

 

 

 

Fuente: Universidad de Ginebra

 

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