Un método experimental mide la coherencia cuántica

  • En los sistemas reales, conjuntos de varias partículas elementales o átomos que se encuentran en estados de superposición de, por ejemplo, varias posiciones al mismo tiempo, diferentes niveles de energía, o con el espín (giro de rotación cuántico) apuntando en un sentido y en el contrario, la coherencia es frágil: la superposición se rompe fácilmente por las vibraciones asociadas a la temperatura y por las interacciones con el entorno.

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Un principio fundamental de la mecánica cuántica es la superposición de estados. Son sistemas que están en varios estados al mismo tiempo, 'vivos y muertos' al mismo tiempo como el famoso gato de Schrödinger, hasta que alguien realiza una medida y el sistema se decanta por una de las opciones. Mientras dura la superposición se dice que el sistema está en un estado coherente. 

En los sistemas reales, conjuntos de varias partículas elementales o átomos que se encuentran en estados de superposición de, por ejemplo, varias posiciones al mismo tiempo, diferentes niveles de energía, o con el espín (giro de rotación cuántico) apuntando en un sentido y en el contrario, la coherencia es frágil: la superposición se rompe fácilmente por las vibraciones asociadas a la temperatura y por las interacciones con el entorno.

Ahora investigadores del Departamento de Física de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) y del Indian Institute of Science, Education and Research de Kolkata (India) proponen una nueva manera de medir cómo es de robusta la coherencia cuántica de un estado de superposición. El método está basado en la medida de la visibilidad de las franjas de interferencia, una figura formada por franjas alternadas oscuras e intensas, como el patrón de una piel de cebra, que se produce cuando se hacen coincidir dos estados coherentes. Los detalles los publican en la revista Proceedings of the Royal Society London A.

"La existencia de superposiciones cuánticas es el corazón de la naturaleza no clásica de la física cuántica. Se manifiesta produciendo patrones de interferencia en experimentos interferométricos ", explica Andreas Winter, investigador de la UAB que ha participado en el estudio.

"Nosotros hemos demostrado que cada uno de los parámetros de visibilidad del patrón de interferencia, como por ejemplo la diferencia entre máximos y mínimos de intensidad, da lugar a una medida de la coherencia". "El estudio conecta la teoría de recursos de la coherencia, un ámbito de investigación en expansión pero muy abstracto, con observaciones experimentales concretas y físicamente relevantes".

Procesar información cuántica

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Los científicos, expertos en teoría cuántica de la información, investigan aquellas propiedades intrínsecas de la mecánica cuántica como el entrelazamiento, la incertidumbre, la superposición, el indeterminismo o la interferencia, para ser empleados como recursos para el procesamiento cuántico de la información, la base de los futuros ordenadores cuánticos.

La investigación ha sido desarrollada por los investigadores del Grupo de Información y Fenómenos Cuánticos del Departamento de Física de la UAB Andreas Winter, investigador ICREA, y María García Díaz, junto con el investigador del Indian Institute of Science, Education and Research de Kolkata (India) Tanmoy Biswas.

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