La mecánica cuántica siempre ha generado mucha controversia debido a que sus predicciones van en contra de nuestra razón, de nuestras experiencias cotidianas y de toda intuición humana. Por ejemplo, es bien sabido que un átomo puede mostrar comportamientos que no asociaríamos nunca a una partícula, como el de estar en varios lugares a la vez. También se conoce el entrelazamiento cuántico, ese estado a través del cual dos o más partículas de un sistema parecen conocer en todo momento el estado de las demás, aunque estén cada una en extremos opuestos del universo. Aunque a día de hoy hemos sido capaces de utilizar la mecánica cuántica para describir de manera muy detallada el comportamiento del mundo subatómico y de desarrollar tecnologías basadas en estos procesos, hemos llegado a un punto en el que cada vez es más difícil hacer nuevas propuestas experimentales para implementar algoritmos de computación cuántica o de criptografía cuántica, por ejemplo. Esto es debido a que los físicos hemos conseguido desarrollar cierta intuición experimental sobre cómo se comporta el mundo cuántico, pero limitándonos a casos relativamente sencillos de implementar, cosa que dificulta la generación experimental de estados entrelazados entre más de dos partículas, por ejemplo.

Esta semana ha aparecido un artículo en Physical Review Letters [1] encaminado a solucionar este problema mediante el desarrollo de un algoritmo capaz de hacer propuestas de experimentos óptico-cuánticos con un objetivo bien definido, como podría ser el de generar un estado entrelazado concreto. La idea en la que se basa el algoritmo (llamado Melvin) es que en la mayoría de los experimentos se necesitan siempre unos ciertos elementos en concreto: espejos para dirigir la luz (fotones en este caso), divisores de haz para crear superposiciones entre diferentes caminos posibles, fuentes de fotones entrelazados en una o más de sus magnitudes, etc. Melvin toma todos estos elementos y los ordena de manera aleatoria, calculando el estado final del sistema. Si ese estado final se asemeja o se acerca al estado final deseado, va refinando el procedimiento hasta dar con una propuesta implementable experimental. En realidad, el programa no hace nada que no pudiera hacer un ser humano, pero de manera mucho más rápida, computando miles de combinaciones posibles en pocas horas. Por tanto, Melvin sería algo así como un perro guía para los físicos experimentales, capaz de llevarlos a montajes que permitan la realización de las propuestas teóricas existentes desde hace años. Además, Melvin aprende de sus errores y aciertos, lo que hace que el proceso sea cada vez más rápido.

Experimento desarrollado por el grupo de Anton Zeilinger basándose en una propuesta de Melvin [2]

Experimento desarrollado por el grupo de Anton Zeilinger basándose en una propuesta de Melvin [2]

 

El algoritmo, que ha sido desarrollado por el grupo de Anton Zeilinger (probablemente el mayor precursor de la teletransportación cuántica) en Viena, ya ha sido capaz de dar lugar a dos experimentos que pueden ayudar a la criptografía y a la computación cuántica. Por un lado, han demostrado la generación de estados de Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ), en los que más de dos fotones están entrelazados en alguna de sus magnitudes (en este caso en su momento angular orbital) [2]. Por otro lado, Melvin también ha sido capaz de dar lugar a una propuesta de transformaciones cíclicas de la luz, es decir, una serie de operaciones en las cuales el estado final del sistema es idéntico al estado inicial [3].

En resumen, aunque la interpretación del mundo cuántico supera a nuestra razón e intuición, seguimos progresando hacia tecnologías cuánticas que nos permitan hacer uso de las propiedades de ese mundo tan fascinantemente extraño.

[1] Mario Krenn, Mehul Malik, Robert Fickler, Radek Lapkiewicz, and Anton Zeilinger, "Automated Search for new Quantum Experiments", Phys. Rev. Lett. 116, 090405 (2016). (http://arxiv.org/abs/1509.02749)

[2] M. Malik, M. Erhard, M. Huber, M. Krenn, R. Fickler, and A. Zeilinger, "Multi-Photon Entanglement in High Dimensions", Nature Photon. (2016) (http://arxiv.org/abs/1509.02561).

[3] Florian Schlederer, Mario Krenn, Robert Fickler, Mehul Malik, Anton Zeilinger, “Cyclic transformation of orbital angular momentum modes” arXiv preprint arXiv:1512.02696  (2016) (http://arxiv.org/abs/1512.02696)

Artículos relacionados

Álex Turpin
Álex Turpin
Sobre este blog

La luz es la principal puerta de entrada que tienen nuestros sentidos hacia el mundo que nos rodea. La óptica y la fotónica son las herramientas que tenemos para estudiarla y sacar provecho de ella. Aquí utilizaremos la luz para hablar de ciencia a todos los niveles: desde investigación de frontera hasta educación. Pasen y vean.

Ver todos los artículos (7)