Vea También
Vea dentro de la cámara de vacío de un reloj atómico los átomos de estroncio que brillan. Crédito: R. JACOBSON/NIST
Físicos han entrelazado por primera vez dos relojes atómicos ópticos. Este avance podría suponer una forma de ir más allá del límite actual de la cronometría, además de ser una fantástica herramienta en una apasionante rama de la informática cuántica: la criptografía cuántica.
Los relojes atómicos se utilizan como cronómetros midiendo las frecuencias de resonancia de los átomos cuando sus electrones cambian de nivel de energía. Tradicionalmente se han utilizado átomos de cesio y microondas, pero desde el año 2000 se emplean nuevos átomos que utilizan luz visible. Se trata de relojes atómicos ópticos que utilizan elementos como el iterbio, el mercurio y el estroncio.
Los relojes atómicos ópticos se han empleado recientemente para lograr avances impresionantes en la precisión del cronometraje. Son 100 veces más precisos que el tradicional reloj atómico de cesio. Tan precisos que pronto podrían utilizarse para redefinir el segundo. Pero también tienen sus limitaciones. Sobre todo cuando se necesitan varios relojes.
Estos relojes ópticos son tan precisos que permiten comprobar pequeños cambios de gravedad, tanto para probar teorías como la de la relatividad como para estudiar lo que hay realmente bajo nuestros pies. Sin embargo, estos enfoques requieren comparaciones entre diferentes relojes, y la precisión de estas mediciones, para dispositivos independientes, dependerá del límite cuántico estándar. Sincronizar dos relojes atómicos es difícil porque incluso la simple medición puede alterarlos e introducir errores. Pero hay una forma de realizar menos mediciones, y ahí es donde ocurre la "magia" cuántica.
Enredar los átomos de dos relojes permite alcanzar la máxima precisión que permite la teoría cuántica, el límite de Heisenberg. En el estudio, publicado en Nature, los investigadores informan de la capacidad de haber hecho precisamente eso en un sistema formado por dos relojes de un solo átomo de estroncio cada uno y separados por 2 metros. Redujeron la incertidumbre en un factor de 1,4.
El entrelazamiento es un estado especial en el que las partículas que consideramos distintas se comportan como parte de un único sistema. Un cambio en una de ellas provoca un cambio en la otra de forma instantánea, sin importar la distancia. El hecho de que esto pueda ocurrir teóricamente entre dos partículas situadas en cada extremo del universo provoca en muchos científicos una sensación de inquietud. Einstein lo llamó "acción fantasmal a distancia". Pero no se trata de una relación causal; las partículas se encuentran en un único estado entrelazado, por lo que al hacer algo a una partícula (como observar) se está actuando en realidad sobre todo el estado, aunque se extienda a miles de millones de años luz.
En el laboratorio, los estados entrelazados están lejos de este vasto y robusto sistema. Son muy delicados y susceptibles de romperse. Este nuevo trabajo subraya que esto sigue siendo un gran problema y que esta sencilla red de relojes ópticos es sólo una prueba de concepto. La investigación no sólo pone de manifiesto las limitaciones del método, sino también las posibles soluciones. Los relojes atómicos ópticos aún tienen que superar algunos obstáculos antes de poder cumplir sus promesas.
Fuentes, créditos y referencias:
Créditos a IFLScience