– Madrid, 22 ago (EUROPA PRESS)
La función de onda de dos fotones entrelazados, las partículas elementales que componen la luz, se ha visualizado con éxito en tiempo real utilizando una nueva técnica.
Comparado con los zapatos, el concepto de entrelazamiento es similar al de elegir un zapato al azar. En el momento en que se identifica un zapato, la naturaleza del otro (izquierdo o derecho) puede identificarse al instante, sin importar en qué parte del universo se encuentre. El elemento intrigante, sin embargo, es la incertidumbre inherente que acompaña al proceso de identificación hasta el momento preciso de la observación.
La función de onda, concepto central de la mecánica cuántica, proporciona una comprensión global del estado cuántico de las partículas. Por ejemplo, en el ejemplo de un zapato, la «función de onda» del zapato puede contener información como izquierda/derecha, tamaño y color.
Más concretamente, la función de onda permite a los científicos cuánticos predecir los posibles resultados de diversas mediciones (por ejemplo, posición, velocidad, etc.) sobre entidades cuánticas.
Esta capacidad de predicción es especialmente valiosa en el campo de la tecnología cuántica, en rápido desarrollo, donde conocer los estados cuánticos generados o introducidos por un ordenador cuántico permite probar el propio ordenador. Además, los estados cuánticos utilizados en los ordenadores cuánticos son muy complejos y contienen muchas entidades que pueden presentar fuertes correlaciones no locales (entrelazamiento).
Conocer la función de onda de estos sistemas cuánticos es una tarea difícil, que también se conoce como tomografía de estados cuánticos o tomografía cuántica. Los métodos estándar (basados en las llamadas operaciones de proyección) requieren un gran número de medidas para obtener una tomografía completa, que aumenta rápidamente con la complejidad (dimensionalidad) del sistema.
Los experimentos realizados anteriormente por el grupo de investigación con este método demostraron que caracterizar o medir el estado cuántico de mayor dimensión de dos fotones entrelazados puede llevar horas o incluso días. Además, la calidad de los resultados es susceptible al ruido y depende de la complejidad del montaje experimental.
El método de medición proyectiva de la tomografía cuántica consiste en proyectar la sombra de un objeto de dimensiones superiores sobre una pared desde distintas direcciones y observarla. El investigador sólo puede ver la sombra, a partir de la cual puede deducirse la forma (estado) de todo el objeto. Por ejemplo, la tomografía computarizada (TC) puede reconstruir información sobre un objeto tridimensional a partir de un conjunto de imágenes bidimensionales.
Sin embargo, en la óptica clásica existe otra forma de reconstruir objetos tridimensionales. Se llama holografía digital y se basa en el registro de una sola imagen, llamada interferograma, obtenida al interferir la luz dispersada por un objeto con una luz de referencia.
Un equipo de investigación dirigido por Ebrahim Karimi, codirector del Instituto NexQT (Nexus for Quantum Technologies) de la Universidad de Ottawa, ha ampliado este concepto al caso de los dos fotones.
Reconstruir un estado de dos fotones probablemente requiera superponerlo a un estado cuántico conocido y analizar la distribución espacial de las posiciones a las que llegan simultáneamente los dos fotones La imagen de la llegada simultánea de dos fotones se conoce como imagen de coincidencia. Estos fotones pueden proceder de una fuente de referencia o de una fuente desconocida. La mecánica cuántica establece que la fuente de los fotones no puede identificarse.
Esto da lugar a un patrón de interferencia que puede utilizarse para reconstruir una función de onda desconocida. El experimento fue posible gracias a cámaras avanzadas que registran los acontecimientos con una resolución de nanosegundos en cada píxel.
En un comunicado, el Dr. Alessio Delico, investigador postdoctoral de la Universidad de Ottawa y uno de los coautores del trabajo, destacó las grandes ventajas de este innovador enfoque. Es importante destacar que el tiempo de detección no se ve afectado por la complejidad del sistema, lo que ofrece una solución al viejo problema de la escalabilidad en la tomografía de proyección.
El impacto de esta investigación va más allá del mundo académico. Tiene el potencial de acelerar los avances en tecnología cuántica, incluida la caracterización de estados cuánticos, las comunicaciones cuánticas y el desarrollo de nuevas técnicas de imagen cuántica.
La investigación se ha publicado en Nature Photonics.
