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| Mediante potentes simulaciones, el equipo ha desvelado los secretos del reino del attosegundo, donde nace el entrelazamiento cuántico. (Imagen de representación). koto_feja/iStock |
Los sucesos cuánticos ocurren a menudo en escalas de tiempo casi imposibles de comprender, antes consideradas «instantáneas». Imagínese un electrón dando vueltas alrededor del núcleo de un átomo, que se desplaza bruscamente por una ráfaga de luz, o dos partículas que, al colisionar, se entrelazan cuánticamente de forma instantánea. Sin embargo, avances recientes permiten ahora a los científicos profundizar en la progresión temporal de estos fenómenos ultrarrápidos.
Investigadores de TU Wien (Viena) y colaboradores de China han desarrollado sofisticadas simulaciones por ordenador para explorar estos rápidos procesos. Su estudio, publicado en Physical Review Letters, desvela cómo el entrelazamiento cuántico surge en un abrir y cerrar de ojos, en el orden de los attosegundos.
Cuando las partículas se entrelazan cuánticamente, forman un sistema unificado en el que las propiedades individuales son irrelevantes. «No poseen características individuales; comparten propiedades comunes y deben describirse juntas», explica el profesor Joachim Burgdörfer, del Instituto de Física Teórica de la Universidad Técnica de Viena. Esta interdependencia se mantiene aunque las partículas estén separadas por enormes distancias.
Los estudios tradicionales sobre partículas cuánticas entrelazadas se centran en mantener el entrelazamiento durante periodos prolongados, lo cual es crucial para aplicaciones como la criptografía cuántica y la computación cuántica. Sin embargo, la profesora Iva Březinová y su equipo están más interesados en la formación inicial del entrelazamiento y los mecanismos físicos que lo facilitan en escalas de tiempo extremadamente cortas.
En sus experimentos, los investigadores utilizaron intensos pulsos láser de alta frecuencia para bombardear átomos. Esta acción expulsa un electrón del átomo. Si la intensidad del láser es suficientemente alta, un segundo electrón del átomo también puede verse afectado, ganando más energía y cambiando su trayectoria orbital. Tras el pulso láser, un electrón es expulsado y otro permanece, ambos en estados que indican entrelazamiento cuántico. «Podemos estudiarlos colectivamente, y cualquier medida sobre un electrón puede revelar información sobre el otro», afirma Burgdörfer.
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| Modelo de tres estados para la coherencia interelectrónica y el entrelazamiento en helio en el dominio del tiempo. La conducción resonante entre los estados 1𝑠 y 2𝑝0 del He+ influye en el retardo temporal del paquete de onda saliente con energía ≈𝐸. Los canales finales importantes incluyen la ionización simple directa (DSI) que conduce al He+(1𝑠) y a un electrón libre, y la excitación-ionización (EI) al He+ (2𝑝0). Crédito: Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.163201 |
El equipo empleó rayos láser duales en un protocolo de medición específico, revelando que el «tiempo de nacimiento» del electrón expulsado está entrelazado con el estado del electrón restante. Esencialmente, el electrón expulsado existe en una superposición de estados, habiendo abandonado el átomo tanto al principio como al final. El momento concreto no puede precisarse, sino que está relacionado con el estado energético del electrón restante.
Esta relación se discierne en la escala del attosegundo: una milmillonésima de milmillonésima de segundo. «Estas diferencias temporales pueden calcularse y medirse experimentalmente», señala Burgdörfer. Se están llevando a cabo colaboraciones con equipos de investigación para seguir investigando estos entrelazamientos ultrarrápidos.
Sus hallazgos indican que los efectos cuánticos no son instantáneos y requieren resolver las escalas de tiempo ultracortas para observar correlaciones significativas. «Un electrón no sale del átomo sin más, sino que se desparrama como una onda a lo largo de un periodo», explica Březinová. Durante esta fase de desbordamiento se produce el entrelazamiento, medible posteriormente examinando ambos electrones.
Al desvelar las capas de estos sucesos casi instantáneos, la investigación proporciona una comprensión más profunda del mundo cuántico, revelando las complejidades y los intrincados detalles del comportamiento de las partículas en las escalas de tiempo más pequeñas.