16 de abril de 2018
16.04.2018
Ciencia

Físicos cuánticos consiguen un récord de entrelazamiento

Podría ayudarn a resolver problemas que los mejores supercomputadores de hoy aún no logran

16.04.2018 | 13:18
Imagen conceptual.

Físicos austriacos y alemanes han logrado el registro de entrelazamiento cuántico más grande de sistemas controlables individualmente hasta la fecha, que consta de 20 bits cuánticos. La investigación ha sido publicada en 'Physical Review X'.

Algunas de las nuevas tecnologías cuánticas que van desde sensores extremadamente precisos hasta computadoras cuánticas universales requieren una gran cantidad de bits cuánticos para explotar las ventajas de la física cuántica.

Por lo tanto, físicos de todo el mundo están trabajando para implementar sistemas entrelazados con más bits cuánticos. El registro está actualmente en manos del grupo de investigación de Rainer Blatt en el Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck. En 2011, los físicos entrelazaron 14 bits cuánticos individualmente direccionables por primera vez y así se dieron cuenta del registro cuántico completamente entrelazado más grande.

Ahora, un equipo de investigación dirigido por Ben Lanyon y Rainer Blatt en el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) de la Academia de Ciencias de Austria, junto con teóricos de la Universidad de Ulm y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica en Viena , ha logrado un entrelazamiento controlado de partículas múltiples en un sistema de 20 bits cuánticos. Los investigadores pudieron detectar entrelazamientos genuinos de múltiples partículas entre todos los grupos vecinos de tres, cuatro y cinco bits cuánticos.

Físicamente, las partículas entrelazadas no se pueden describir como partículas individuales con estados definidos, sino solo como un sistema completo. Es particularmente difícil entender el entrelazamiento cuando están involucradas numerosas partículas. Aquí, se debe hacer una distinción entre el entrelazamiento de partículas individuales y el entrelazamiento genuino de múltiples partículas. Esto solo puede entenderse como una propiedad del sistema global de todas las partículas involucradas, y no puede explicarse por una combinación de los subsistemas que se entrelazan.

En el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica en Innsbruck, el equipo de físicos utilizó la luz láser para entrelazar 20 átomos de calcio en un experimento de trampa de iones y observó la propagación dinámica del entrelazamiento de partículas múltiples en este sistema. "Las partículas primero se entrelazan en pares", describe Lanyon. "Con los métodos desarrollados por nuestros colegas en Viena y Ulm, podemos probar la mayor propagación del entrelazamiento a todos los trios de partículas vecinos, la mayoría de los grupos de cuatro y algunos de cinco bits cuánticos".

Estos métodos de detección fueron desarrollados por el grupo de investigación de Martin Plenio en la Universidad de Ulm y el equipo de Marcus Huber en IQOQI Viena. "Hemos elegido un enfoque MacGyver -dice el primer autor Nicolai Friis-. Tuvimos que encontrar una forma de detectar el entrelazamiento de partículas múltiples con una pequeña cantidad de configuraciones de medición factibles".

Los investigadores tomaron un enfoque complementario: el grupo alrededor de Huber y Friis utilizó un método que solo requiere algunas mediciones y cuyos resultados pueden evaluarse fácilmente. De esta manera, el enredo de tres partículas podría demostrarse en el experimento.

Los teóricos de Ulm usaron una técnica más compleja basada en métodos numéricos. "Aunque esta técnica es eficiente, también alcanza sus límites debido al fuerte aumento en el esfuerzo de computación debido al número de bits cuánticos", indica Oliver Marty, del grupo de investigación de Martin Plenio. "Es por eso que la utilidad de este método también llegó a su fin con la detección de enredos reales de cinco partículas", añade.

"Existen sistemas cuánticos como los gases ultrafríos en los que se ha detectado un enredo entre una gran cantidad de partículas -asegura Nicolai Friis-. Sin embargo, el experimento de Innsbruck puede abordar y leer cada bit cuántico individualmente".

"Por lo tanto, es adecuado para aplicaciones prácticas tales como simulaciones cuánticas o procesamiento de información cuántica. Rainer Blatt y su equipo esperan aumentar el número de bits cuánticos en el experimento. "Nuestro objetivo a medio plazo es 50 partículas", dice. "Esto podría ayudarnos a resolver problemas que los mejores supercomputadores de hoy aún no logran", agrega.

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