Colaboración de partículas elementales
¿Cómo pueden dos partículas lograr lo que una sola no puede?
Algunas cosas son más fáciles de conseguir si no se está solo. Como han demostrado investigadores de la Universidad de Rostock (Alemania), esta idea tan humana también se aplica a los componentes más fundamentales de la naturaleza. En su esencia, la mecánica cuántica postula que todo está hecho de partículas elementales, que no pueden dividirse en unidades aún más pequeñas. Por eso se preguntó Vera Neef, doctoranda y primera autora de la reciente publicación "Pairing particles into holonomies": "¿Qué pueden lograr dos partículas sólo si trabajan en equipo? ¿Pueden lograr conjuntamente algo que es imposible para una sola partícula?".
Marco Kirsch
En su estudio experimental, los investigadores se interesaron especialmente por los fotones, las partículas fundamentales de la luz. "Los fotones tienen una extraña propiedad. Dos fotones pueden estar exactamente en el mismo lugar al mismo tiempo. Algo que no vemos en muchas otras partículas", explica el Dr. Tom Wolterink. El Dr. Matthias Heinrich prosigue: "Utilizamos un láser de alta potencia para crear las llamadas guías de ondas en un chip de vidrio". Estas guías de onda pueden entenderse como una autopista para la luz. Al igual que un coche puede cambiar fácilmente de carril en la autopista, un fotón puede saltar de una guía de ondas a la siguiente. En este caso, la forma general de la autopista de la luz determina la dirección del fotón.
Imaginemos una autopista de varios carriles, donde cada carril lleva a un destino diferente, y un coche que transporta un mensaje muy importante. El profesor Alexander Szameit, jefe del departamento de óptica experimental del estado sólido, explica la importancia de su trabajo: "Para acabar construyendo un ordenador cuántico, tenemos que ser capaces de controlar con mucha precisión adónde van los fotones". En otras palabras, por qué salida abandona la autopista el coche figurado es de gran importancia. Sin embargo, incluso pequeños errores pueden llevar fácilmente al coche al carril equivocado. El profesor Alexander Szameit prosigue: "Los fotones son bastante delicados. Ni la mejor ingeniería puede garantizar que un fotón nunca acabe en la guía de ondas equivocada".
"Nuestra solución no es codificar los datos en un solo fotón, sino en un par de fotones, es decir, repartir el mensaje entre dos coches", explica entusiasmada Vera Neef. Mientras que, individualmente, ambos coches siguen teniendo posibilidades de acabar en el carril equivocado, si sólo uno de ellos llega a un destino determinado, el mensaje se reconoce como corrupto y puede descartarse rápidamente. Esta estrategia funciona tan bien porque la posibilidad de que ambos coches acaben accidentalmente en el mismo carril equivocado es pequeña. Vera Neef comenta: "Sabiendo esto, nos sorprendió mucho lo estable que resultó ser nuestro dispositivo. Incluso cambiar sus propiedades en un 10% apenas hizo mella en nuestros resultados de medición".
Publicada recientemente en la prestigiosa revista Science Advances, esta investigación amplía el concepto matemático de holonomía de partículas individuales a pares e incluso grupos más grandes de partículas. Más allá de sentar las bases de los futuros ordenadores cuánticos, esta investigación también podría inspirar una comprensión más profunda de las partículas fundamentales que componen los átomos.
Algunas cosas son más fáciles de conseguir cuando se trabaja en equipo, incluso cuando se trata de un equipo de fotones.
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