No todas las propiedades cuánticas se pierden a través de interacciones con el entorno

CuánticaUna de las “reglas” más conocidas de la física cuántica es que todas las propiedades cuánticas se pierden debido a la interacción con el entorno. Esta regla, no obstante, no se mantiene en todas las situaciones. “Hemos descubierto la primera excepción a esta regla común”, dice Sabrina Maniscalco a PhysOrg.com. Maniscalco es investigadora en el Centro Turku de Física Cuántica en la Universidad de Turku en Finlandia. Junto con su compañero investigador (y marido) Jyrki Piilo, y la estudiante de doctorado Laura Mazzola, Maniscalco ha identificado pruebas de que algunas correlaciones cuánticas se mantienen intactas.

Los resultados de su trabajo se publican en la revista Physical Review Letters: “Sudden Transition between Classical and Quantum Decoherence”.

“Laura realmente hizo la mayor parte del trabajo”, dice Maniscalco. “Estaba estudiando las distintas interacciones entre las propiedades cuánticas y el entorno, y buscando distintas correlaciones en sistemas cuánticos ruidosos. Nadie esperaba que encontrase este extraño comportamiento. Cuando nos llamó a Jyrki y a mi por primera vez para enseñarnos el resultado, pensábamos que debía ser un error”.

Maniscalco y Piilo fueron a los datos y se dieron cuenta de que no era un error. “Comprobamos los cálculos de nuevo, y encontramos que la evolución temporal de las correlaciones cuánticas en este caso se mantenía constante durante mucho tiempo. Representaba una transición entre la decoherencia cuántica y clásica, y no se perdía la propiedad cuántica”.

Esta correlación particular puede encontrarse, por ejemplo, en sistemas cuánticos que comprenden dos qubits. “Estos qubits, cada uno con propiedades diferentes, tales como distintas polarizaciones, tienen que interactuar con un tipo de ruido que no cambia la energía de los qubits”, explica Maniscalco. “En lugar de cambiar la energía, el ruido simplemente cambia la fase, como las polarizaciones débiles. El tipo de ruido que hemos considerado es uno que contiene todas las frecuencias de una forma muy similar al ruido blanco”.

Aunque este descubrimiento es teórico, Maniscalco dice que tiene también una base experimental. “Un experimento muy reciente ha confirmado que un tipo de correlación cuántica no se ve afectada por el entorno. Y no es un entorno extraño; es un entorno natural que podría funcionar ahora mismo”. (Para más información sobre este experimento, ver Jin-Shi Xu, et. al., “Experimental investigation of classical and quantum correlations under decoherence,” Nature Communications (Abril 2010). Doi:10.1038/ncomms1005.)

En los últimos 20 años, señala Maniscalco, la tecnología ha avanzado hasta el punto de que es posible usar átomos o fotones aislados para formar puertas lógicas para futuros computadores cuánticos, o realizar tareas de comunicación, medida y criptografía. “Hemos aprendido que es posible aprovechar la cuántica en el estado microscópico, pero para que tengamos éxito, las propiedades cuánticas tienen que permanecer intactas durante mucho tiempo. Esto es un reto, dado que como las propiedades se pierden a través de la interacción con el entorno, un dispositivo no puede aprovechar la cuántica”.

Este descubrimiento sobre que ciertas correlaciones cuánticas no se pierden en presencia del entorno, podría llevar a una mejor capacidad de aprovechar el mundo cuántico para su uso en dispositivos tecnológicos. Maniscalco señala que la idea de que las propiedades cuánticas no tienen por qué perderse a través de las interacciones con el entorno, presenta algo más que implicaciones fundamentales interesantes. “Aunque este trabajo tiene un sorprendente aspecto fundamental”, señala, “abre todo un rango de posibilidades con aplicaciones a la tecnología cuántica, incluyendo la computación, comunicaciones, metrología y criptografía”.

Además, Maniscalco dice que su grupo, y el grupo de Piilo, en la Universidad de Turku tendrán que estudiar más este efecto. “Tenemos que aprender las condiciones más generales para este comportamiento y ver si se mantiene para otros entornos. También estamos trabajando en el diseño de un protocolo cuántico que usa este estado, de forma que podamos demostrar una aplicación de este efecto en la práctica”.

Para más información, puedes visitar las webs del grupo de Sistemas Cuánticos Abiertos y Entrelazamiento y el grupo de Sistemas Complejsos y Procesos no Markovianos.


Más información: Laura Mazzola, Jyrki Piilo, and Sabrina Maniscalco, “Sudden Transition between Classical and Quantum Decoherence, Physical Review Letters (May 2010). Disponible on-line: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.104.200401

Autor: Miranda Marquit
Fecha Original: 1 de junio de 2010
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Comments (2)

  1. No es sorprendente que si en una determinada interacción de un sistema cuántico con el entorno no se modifica la energía del sistema sino que solamente se modifica la fase (de forma análoga a la transformación gauge en la que se modifica la fase de la función de onda de una partícula permaneciendo intactos el momento y la energía y resultando por tanto que la nueva partícula es físicamente idéntica) entonces no se produce el “colapso” de la función de onda y por tanto se mantienen las correlaciones cuánticas. Lo que no indica el artículo es que clase de magnitud cuántica es la que permanece invariable. Es posible que este descubrimiento pueda tener aplicación en computación cuántica. A ver si dentro de unos años vemos el primer computador cuántico, solo espero que no se cuelgue como muchas versiones del windows :D . Seguro que el Guillermo Puertas (Bill Gates en inglés) estará ya maquinando para vender su sistema operativo en los computadores cuánticos :D

  2. Isidoro

    Ufff, este artículo es ciencia gorda de canija tiene poca…no entendí una papa.

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