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CIENCIA. Rompiendo a Heisenberg: evadiendo el principio de incertidumbre en la física cuántica

 

Esquema de entrelazamiento cuántico de dos parches enredadosFuente: Universidad Aalto

La nueva técnica supera la regla de la física cuántica de los últimos 100 años por primera vez.

El principio de incertidumbre, introducido por primera vez por Werner Heisenberg a finales de la década de 1920, es un concepto fundamental de la mecánica cuántica. En el mundo cuántico, las partículas como los electrones que alimentan todos los productos eléctricos también pueden comportarse como ondas. Como resultado, las partículas no pueden tener una posición y un momento bien definidos simultáneamente. Por ejemplo, medir el momento de una partícula conduce a una alteración de la posición y, por lo tanto, la posición no se puede definir con precisión.

En una investigación reciente, publicada en Science , un equipo dirigido por el profesor Mika Sillanpää de la Universidad Aalto en Finlandia ha demostrado que hay una manera de sortear el principio de incertidumbre. El equipo incluyó al Dr. Matt Woolley de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia, quien desarrolló el modelo teórico para el experimento.

En lugar de partículas elementales, el equipo llevó a cabo los experimentos utilizando objetos mucho más grandes: dos parches vibrantes de una quinta parte del ancho de un cabello humano. Los parches fueron cuidadosamente coaccionados para que se comportaran de forma mecánicamente cuántica.

“En nuestro trabajo, los parches exhiben un movimiento cuántico colectivo. Los tambores vibran en una fase opuesta entre sí, de manera que cuando uno de ellos está en una posición final del ciclo de vibración, el otro está en la posición opuesta al mismo tiempo. En esta situación, la incertidumbre cuántica del movimiento de los tambores se cancela si los dos tambores se tratan como una entidad mecánica cuántica ”, explica la autora principal del estudio, la Dra. Laure Mercier de Lepinay.

Esto significa que los investigadores pudieron medir simultáneamente la posición y el impulso de los dos parches, lo que no debería ser posible según el principio de incertidumbre de Heisenberg. Romper la regla les permite poder caracterizar fuerzas extremadamente débiles que impulsan los parches.

"Uno de los tambores responde a todas las fuerzas del otro tambor de manera opuesta, con una masa negativa", dice Sillanpää.

Además, los investigadores también explotaron este resultado para proporcionar la evidencia más sólida hasta la fecha de que objetos tan grandes pueden exhibir lo que se conoce como entrelazamiento cuánticoLos objetos enredados no pueden describirse independientemente unos de otros, aunque pueden tener una separación espacial arbitrariamente grande. El entrelazamiento permite que pares de objetos se comporten de maneras que contradicen la física clásica y es el recurso clave detrás de las tecnologías cuánticas emergentes. Una computadora cuántica puede, por ejemplo, realizar los tipos de cálculos necesarios para inventar nuevos medicamentos mucho más rápido que cualquier supercomputadora.

En los objetos macroscópicos, los efectos cuánticos como el entrelazamiento son muy frágiles y se destruyen fácilmente por cualquier perturbación del entorno circundante. Por lo tanto, los experimentos se llevaron a cabo a una temperatura muy baja, solo una centésima de grado por encima del cero absoluto a -273 grados.

En el futuro, el grupo de investigación utilizará estas ideas en pruebas de laboratorio destinadas a probar la interacción de la mecánica cuántica y la gravedad. Los parches vibratorios también pueden servir como interfaces para conectar nodos de redes cuánticas distribuidas a gran escala.

Fuente: “Quantum mechanics–free subsystem with mechanical oscillators” by Laure Mercier de Lépinay, Caspar F. Ockeloen-Korppi, Matthew J. Woolley and Mika A. Sillanpää, 7 May 2021, ScienceDOI: 10.1126/science.abf5389

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