Dentro de un laboratorio de la Universidad de Basilea, pequeñas nubes de átomos flotan en el vacío. No hay explosiones dramáticas ni engranajes giratorios. En cambio, sólo existe la atención silenciosa de los científicos que preparan un experimento que suena a pura fantasía. Están demostrando que las conexiones cuánticas “espeluznantes” en realidad pueden mejorar, no empeorar, nuestras mediciones.
Durante décadas, el entrelazamiento cuántico fue una paradoja que a los físicos les encantaba debatir. Albert Einstein odiaba la idea, pero los experimentos finalmente demostraron que era real. Ahora, investigadores de la Universidad de Basilea y del Laboratoire Kastler Brossel en París han convertido esta curiosidad de laboratorio en una potencia práctica. Han demostrado que el entrelazamiento permite a los sensores medir múltiples cosas a la vez con un nivel de precisión que debería ser imposible en papel.
El equipo logró esto enfriando aproximadamente 1.450 átomos de rubidio hasta casi el cero absoluto. A estas temperaturas, los átomos forman un condensado de Bose-Einstein, actuando como un único objeto cuántico. Utilizaron campos magnéticos para “exprimir” el ruido cuántico de los átomos y luego utilizaron rayos láser para dividir la nube en ubicaciones separadas. Sorprendentemente, el vínculo cuántico entre los fragmentos sobrevivió al movimiento.
Rompiendo la barrera de la distancia
Hasta ahora, la metrología cuántica solo funcionaba si todos los sensores estaban agrupados en un pequeño lugar. El equipo de Basilea cambió el juego al esparcir los átomos entrelazados por el espacio. Esto permite una red distribuida donde los sensores en diferentes ubicaciones “hablan” entre sí a través de correlaciones cuánticas para cancelar errores y aumentar la sensibilidad.
Los resultados fueron sorprendentes. Al medir dos parámetros separados simultáneamente, el equipo observó un aumento de precisión de aproximadamente 3,6 decibeles. Esto es más o menos lo mismo que ejecutar una medición tradicional treinta veces pero obtener todos esos datos de una sola vez. Esta “ventaja cuántica” significa que las leyes de la física finalmente están empezando a funcionar a nuestro favor y no en nuestra contra.
“Hasta ahora nadie ha realizado una medición cuántica de este tipo con nubes atómicas entrelazadas espacialmente separadas, y el marco teórico para tales mediciones aún no estaba claro”. – Yifan Li, investigador principal
Para que esto funcionara, el equipo tuvo que inventar su propio manual de instrucciones. Utilizaron un patrón matemático llamado matriz de Hadamard para coordinar cómo se compartía el entrelazamiento entre tres nubes separadas. Al rotar los sensores en una secuencia cuántica específica, se aseguraron de que cada parte del conjunto se beneficiara de la conexión compartida.
De los relojes atómicos al monitoreo volcánico
¿Qué se puede hacer realmente con un sensor que desafía los límites estándar? Las aplicaciones están en todos los lugares donde necesita una precisión extrema. Lex Joosten, estudiante de doctorado que participa en el proyecto, señala relojes de celosía óptica. Estos instrumentos son tan precisos que podrían mantener el tiempo con una precisión de un segundo durante mil millones de años. Entrelazar átomos a través de estos relojes podría ayudarnos a medir cómo la gravedad deforma sutilmente el espacio en distancias diminutas.
La tecnología también podría revolucionar la forma en que vemos bajo la superficie de la Tierra. Los gravímetros entrelazados podrían mapear pequeñas variaciones en la gravedad para revelar estructuras enterradas o monitorear la actividad volcánica en tiempo real. Debido a que estos sensores están vinculados por una “acción espeluznante”, pueden detectar señales que normalmente se perderían en el ruido de fondo del universo.
Ampliar esto a millones de átomos será el próximo gran obstáculo, ya que el ruido ambiental tiende a romper frágiles enlaces cuánticos. Sin embargo, el equipo de Basilea ha demostrado el principio básico. Las características más extrañas de la naturaleza, antes descartadas como meras rarezas, se están convirtiendo en las herramientas más sensibles de la humanidad para explorar el mundo.
Ciencia: 10.1126/science.adt2442
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