Un nuevo estudio realizado por investigadores brasileños trajo avances en la comprensión de una de las propiedades más intrigantes de entrelazamiento cuántico: la muerte súbita.
Investigando las condiciones exactas en que la muerte súbita del entrelazamiento se produce en dos rayos láser, los científicos de la Universidad de São Paulo (USP), han demostrado que es posible generar estados entrelazados "robustos" - es decir, que no sufren muerte súbita -, así como rayos sujetos al desenlace.
El artículo fue publicado en 17 de octubre, en la edición online de Nature Photonics y estará disponible también en la versión impresa de la revista.
El entrelazamiento cuántico es considerado por los científicos como base para futuras tecnologías como la computación cuántica, criptografía cuántica y la teleportación cuántica. Fenómeno intrínseco de la mecánica cuántica, el entrelazamiento permite que dos o más partículas compartan sus propiedades, incluso sin ninguna conexión física entre ellos.
En 2007, un estudio coordinado por Luiz Davidovich, de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), publicado en Science, demostró que el entrelazamiento cuántico podría desaparecer de repente, "disolviendo" la relación entre las partículas cuánticas. La llamada "muerte súbita del entrelazamiento" podría poner en peligro el desarrollo de futuras aplicaciones.
De acuerdo con uno de los autores del nuevo estudio, Paulo Nussenzveig, del Instituto de Física de USP, la investigación indica que el entrelazamiento puede ser frágil suficiente para desaparecer si los rayos que se propagan son sometidos a pérdidas.
"En el contexto de las comunicaciones ópticas, las pérdidas son a menudo el peor enemigo. Se demuestra en este estudio, que estados entrelazados robustos - que no sufren muerte súbita - se pueden ser generadas, así como los estados sujetos a desentrañar ", le dijo Nussenzveig a la Agencia FAPESP.
Incluso en la situación más simple posible - con solo dos rayos láser - la desintegración completa puede ocurrir en caso de pérdida parcial. Desde un tratamiento teórico del problema, los científicos fueron capaces de establecer un límite entre los estados robustos y frágiles de entrelazamiento. "Con esto, podemos saber de antemano si un estado es robusto o no", dice.
Según otro autor del artículo, Marcelo Martinelli, también del Instituto de Física del USP, en un trabajo anterior publicado en Science en 2009 mostró que el efecto de la muerte súbita del entrelazamiento se presenta no sólo en sistemas discretos - es decir, los sistemas de que tienen un conjunto finito de resultados posibles -, sino también en sistemas macroscópicos de las variables continuas.
En ese estudio, los científicos generaron por la primera vez que un entrelazamiento cuántico de tres haces de luz de diferentes colores. "Generamos el entrelazamiento entre tres haces de luz que funcionan a frecuencias diferentes. Este fue un logro importante, pero que ya había predicho en un trabajo anterior. La sorpresa fue observar que el entrelazamiento podría desaparecer por las pérdidas finitas", dice Martinelli.
Además de los dos profesores de la USP, participó en el estudio Felippe Alexandre Silva Barbosa, Alessandro de Sousa Villar, Katiúscia Nadyne Cassemiro y Antonio Sales Oliveira Coelho – estudiantes de doctorado orientados por Nussenzveig - y Alencar José de Faria, cuyo trabalho post-doctoral fue supervisada por Martinelli. Todos tenían becas de la FAPESP.
El grupo forma parte del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología (INCT) Información Cuántica, con sede en el Instituto de Física Gleb Wataghin, Universidade Estadual de Campinas, coordinado por Amir Caldeira. El instituto cuenta con el apoyo de la FAPESP y el CNPq.
Teleportación
Los resultados de la nueva investigacion abre el camino para el estudio de la teletransportación cuántica - que es el objetivo final del proyecto "teletransportación de información cuántica entre colores diferentes", coordinado por Martinelli, con el apoyo de la FAPESP, en la modalidad de Auxilio a la Investigación - Regular.
Según el científico, algunas propiedades cuánticas pueden quedar cada vez más débiles con el correr del tiempo, o a través de la interacción con sistemas externos. Sin embargo, todavía persisten, incluso si están en el límite de observación. En el caso de entrelazamiento esto no ocurre.
"Cuando hay pérdidas finitas como por ejemplo, en la propagación por una cierta distancia, ya sea en fibra óptica o al aire libre - el sistema puede evolucionar hacia un estado separable, es decir, el entrelazamiento se pierde y podemos afirmar que el sistema está desentrañado", dice.
En el caso del trabajo de 2009, los investigadores observaron el efecto de desenlace, pero no sabían si fue debido a la complejidad inherente de la experiencia con tres campos de entrelazamiento.
"En el estudio recién publicado, nos dimos un paso atrás en el sistema, observando sólo los rayos gemelos que se generan en el oscilador óptico paramétrico. Al estudiar lo que sucede en el sistema más sencillo, se observó que incluso en este caso podemos tener desenlace para pérdidas finitas. Es decir, incluso en el sistema más simple de rayos como láser, el entrelazamiento se puede perder ", explicó.
Hay varias propuestas recientes para el uso de las propiedades cuánticas en el tratamiento de la información, incluyendo el uso de las variables continuas del campo electromagnético. La luz es considerado el medio ideal para transportar información de un punto a otro: ya sea entre dos estaciones remotas, o entre dos sitios dentro de un chip óptico.
"Pero a lo longo de la propagación, vemos que la interacción con el sistema, a través de de la atenuación del campo puede destruir el entrelazamiento utilizable. Esto implica que se deben tener cuidados en el proyecto de un sistema cuántico de procesamiento de información ", dice.
Para generar tanto rayos "robustos” como sujetos al desenlace, el trabajo será importante, según Martinelli, para la comunidad involuerada en el desarrollo de dispositivos fotónicos que controlan la luz y convierten la luz en señales eléctricas, o viceversa.
"Con este trabajo podemos extender el tratamiento a sistemas más complejos y estudiar la dinámica de enredo en estos sistemas. El control sobre las propiedades de entrelazamiento es el más importante para la realización de una de las tareas básicas en el procesamiento cuántico de información: la teleportación, "dice.
El artículo “Robustness of bipartite Gaussian entangled beams propagating in lossy channels(doi:10.1038/nphoton.2010.222), de Marcelo Martinelli, Paulo Nussenzveig y otros puede ser leído por los suscriptores de la revista Nature:
www.nature.com Fotónica / nphoton / diario / VAOP / ncurrent/full/nphoton.2010.222.html
(Fábio de Castro - Agência FAPESP / Traducción: Cinthia Pascueto - CLAF)
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