Durante años, los científicos han luchado por escudriñar las “entrañas cuánticas” de los objetos sólidos para ver si sus partículas están realmente entrelazadas. Si bien podemos manipular partículas individuales en un vacío controlado o en una computadora cuántica, observar el entrelazamiento colectivo dentro de una pieza física de materia sigue siendo un objetivo difícil de alcanzar.
Ahora, un equipo de investigación dirigido por Allen Scheie en el Laboratorio Nacional de Los Álamos ha desarrollado un método innovador para medir este fenómeno, abriendo potencialmente un nuevo capítulo tanto en la física fundamental como en el desarrollo de tecnologías cuánticas.
El desafío de “ver” el enredo
El entrelazamiento cuántico es un fenómeno en el que las partículas se vinculan tan profundamente que el estado de una influye instantáneamente en el estado de otra, independientemente de la distancia entre ellas. Esta “acción espeluznante” es la columna vertebral de tecnologías futuras como redes de comunicación ultraseguras y poderosas computadoras cuánticas.
Hasta la fecha, los investigadores han utilizado pruebas de Bell para confirmar el entrelazamiento entre partículas específicas, pero estos métodos son difíciles de aplicar a materiales completos. Determinar si una sustancia sólida (como un cristal o un metal) está impregnada de entrelazamiento ha sido casi imposible porque la complejidad del material a menudo enmascara las conexiones cuánticas.
El método de los neutrones: una nueva forma de mirar hacia dentro
El gran avance radica en utilizar neutrones como mensajeros. Desde la década de 1950, los físicos saben que disparando neutrones a un material y analizando cómo rebotan o pasan a través de él, pueden aprender sobre la disposición de las partículas en su interior.
Scheie y su equipo han perfeccionado este concepto para calcular la Información Quantum Fisher (QFI). Así es como funciona el proceso:
1. Bombardeo de neutrones: Una muestra de material es bombardeada con neutrones.
2. Detección: Las propiedades de los neutrones salientes se recopilan mediante detectores de alta precisión.
3. Cálculo: Al analizar los datos de neutrones, los investigadores pueden calcular el QFI, un valor matemático que indica la cantidad mínima de partículas dentro del material que deben entrelazarse para producir ese resultado específico.
Precisión y versatilidad comprobadas
El equipo probó su técnica en varios materiales magnéticos, incluido un conocido cristal compuesto de potasio, cobre y flúor. Para garantizar que el método fuera preciso, compararon sus resultados experimentales con simulaciones por computadora de la estructura cuántica del cristal.
“Hubo una concordancia notablemente estrecha entre las curvas experimental y teórica”, señaló el miembro del equipo Pontus Laurell de la Universidad de Missouri.
Lo que hace que este método sea particularmente revolucionario es su resiliencia :
– No se requiere modelo: A diferencia de intentos anteriores, esta técnica funciona incluso si los científicos no tienen de antemano un modelo matemático perfecto del material.
– Tolerancia a la imperfección: Sigue siendo eficaz incluso cuando las muestras de material no son cristales “perfectos”, lo cual es una realidad común en los entornos de laboratorio.
– Aplicación universal: El equipo ha establecido una forma confiable y de aplicación general para medir el entrelazamiento que se puede aplicar a una amplia variedad de materiales nuevos.
Por qué esto es importante para el futuro
Este descubrimiento es más que una simple victoria matemática; es una herramienta práctica para la próxima generación de tecnología. Mientras los ingenieros buscan los mejores materiales para construir procesadores y sensores cuánticos, necesitan una forma de verificar si esos materiales realmente poseen las propiedades cuánticas necesarias para su funcionamiento.
Los investigadores ahora están avanzando hacia un territorio aún más complejo: medir el QFI durante transiciones de fase. Una transición de fase es el equivalente cuántico de que el agua se convierta en hielo. En estos puntos críticos, los modelos teóricos a menudo fallan y se espera que el entrelazamiento aumente dramáticamente. Al probar su método aquí, el equipo espera descubrir fenómenos cuánticos completamente nuevos que nunca antes se habían observado.
Conclusión
Al utilizar con éxito la dispersión de neutrones para medir la información cuántica de Fisher, los investigadores han proporcionado un “termómetro” confiable para el entrelazamiento de sólidos. Este avance proporciona el conjunto de herramientas esencial necesario para explorar nuevos materiales y acelerar la transición de la física cuántica teórica a la tecnología cuántica funcional.
