Publicado en Science: El experimento del gato de Schrödinger implementado en un interferómetro de Mach-Zehnder con estados NOON de 5 fotones entrelazados y sus implicaciones en la detección de ondas gravitatorias

El famoso experimento mental del gato de Schrödinger puede ser implementado en la práctica utilizando sistemas cuánticos con múltiples partículas. Con fotones se pueden usar estados NOON, estados entrelazados de N fotones en los que cada fotón puede estar en dos posibles estados. Puede parecer sorprendente, pero el récord actual se acaba de publicar en Science.Afek et al. han logrado implementar este experimento con un estado NOON de cinco fotones. ¿Sólo cinco fotones? Sí, todo un logro, ya que implementar este tipo de experimentos con más de tres fotones es muy difícil. ¿Para qué sirve lograrlo? Tiene múltiples aplicaciones en interferometría óptica, como en detectores de ondas gravitatorias. Sanders introdujo en 1989 los estados NOON como modelo óptico de un gato de Schrödinger y cómo podrían ser implementados utilizando los dos brazos de un interferómetro. Cada fotón puede estar en uno u otro brazo, cada uno representando uno de sus dos posibles estados cuánticos. En el año 2000 se lograron estados NOON con 2 fotones, en 2008 se lograron estados NOON con 4 fotones, y ahora Afek et al. alcanzan estados NOON con 5 fotones. ¿Un avance parco? Quizás no, ya que Afek et al. proclaman, pero no demuestran, que su experimento es escalable y que próximamente podrán incrementar dicho número. ¿Hasta dónde? Por ahora no lo saben. Afek et al. han utilizado un interferómetro de Mach-Zehnder (matemáticamente equivalente al famoso interferómetro de Michelson-Morley). ¿Por qué se publica en Science este avance? Porque fabricar estados NOON con más de 3 fotones y una fidelidad próxima al 100% es muy difícil. La novedad de Afek et al. es que han utilizado fotones “comprimidos” (squeezed) y que su resultado implica que los efectos cuánticos permiten mejorar la sensibilidad de los detectores de ondas gravitatorias, como LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), si se substituyen los interferómetros láser tipo Michelson-Morley por interferómetros tipo Mach-Zehnder. Además, se necesitan detectores de fotones individuales de gran eficiencia (actualmente los mejores son capaces de detectar hasta 20 fotones con una eficiencia mayor del 95%). El trabajo de Afek et al. nos muestra lo entrelazada que está la física cuántica con la física clásica, cómo los avances en física cuántica tienen implicaciones prácticas en física clásica, como la teoría general de la relatividad de Einstein. Nos lo cuenta Christoph Wildfeuer, “Managing Multistate Quantum Entanglement,” Science 328: 835-836, 14 May 2010, haciéndose eco del artículo técnico de Itai Afek, Oron Ambar, Yaron Silberberg, “High-NOON States by Mixing Quantum and Classical Light,” Science 328: 879-881, 14 May 2010.

PS: La noticia de Clay Dillow, “New Method Lets Researchers Entangle Five Photons For the First Time, and That’s Just the Start,” Popular Science, 13 may 2010, ha sido meneada por mezvan, aunque con un titular no muy acertado.

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