El principio de incertidumbre de Heisenberg, introducido por el físico alemán Werner Heisenberg en 1927, plantea el concepto de cierta borrosidad en la física. Dice que si una característica de una partícula cuántica puede predecirse con precisión, una característica emparejada se vuelve menos segura.
La posición y el impulso son los pares más mencionados, conocidos como variables no conmutantes. Ser capaz de determinar dónde está una partícula cuántica hace que sea más difícil juzgar su movimiento y viceversa.
Esa falta de claridad hace que sea más difícil tomar medidas precisas de señales más débiles en física, desde el detector de ondas gravitacionales LIGO hasta los relojes atómicos que sustentan sistemas como el GPS.
Ahora, investigadores dirigidos por un equipo de la Universidad de Shanxi en China creen haber encontrado una solución alternativa fundamental, que implica mirar hacia atrás, hacia el pasado, así como hacia el futuro.
“Demostramos experimentalmente una estimación simultánea de variables no conmutantes más allá del límite de incertidumbre de Heisenberg y verificamos los resultados utilizando mediciones débiles”, escriben los investigadores en una versión preimpresa de su artículo, que aún no ha sido revisado por pares.
En lugar de hacer una predicción del futuro para realizar una medición, los investigadores querían probar un enfoque alternativo: realizar una medición utilizando datos anteriores y posteriores al punto a medir.
La hipótesis era que la perspectiva bidireccional debería eliminar parte de la confusión en las observaciones. Se puso a prueba utilizando 52 mil millones de átomos de rubidio recolectados en una pequeña cámara de vidrio, con un láser utilizado para alinear sus espines (propiedades magnéticas).
A medida que la alineación de espín hizo que los átomos se comportaran como un sistema cuántico, cuyo impulso y posición podrían medirse con un segundo láser.
El uso de lecturas de antes y después mejoró la precisión de las predicciones del sistema en una cantidad modesta: eran alrededor de un 20 por ciento más precisas de lo que permite el límite de incertidumbre de Heisenberg.
“El ingrediente central de este enfoque es la incorporación constante de información de mediciones pasadas y futuras para refinar la inferencia del estado del sistema en un momento dado”, escriben los investigadores.
Las mediciones se tomaron de forma continua durante 84 minutos y la configuración permitió a los investigadores medir tanto la posición como el impulso simultáneamente. Se alivió el equilibrio habitual entre los dos.
Por supuesto, esperar hasta que haya sucedido algo para medirlo significa que está limitado en términos de monitoreo en tiempo real, pero las fortalezas de la nueva técnica y la mayor precisión pueden superar cualquier desventaja que exista.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>“Esto ofrece perspectivas interesantes para futuras investigaciones sobre mediciones cuánticas y para la detección cuántica mejorada que combine estrategias de trayectoria y entrelazamiento”, escriben los investigadores.
En muchos sistemas cuánticos (incluidos los relojes atómicos mencionados anteriormente) las lecturas retrospectivas son la norma de todos modos, por lo que los científicos no necesariamente ralentizarían el análisis utilizando el nuevo enfoque.
Significa que podríamos estar analizando sensores cuánticos más precisos que se conectarán en el futuro, y podríamos obtener una mayor comprensión de los futuros hallazgos de la investigación cuántica, ahora que sabemos cómo el estado de antes y después de un sistema puede funcionar en conjunto.
Los investigadores todavía están interesados en mejorar aún más la configuración experimental, con instrumentación más precisa y lecturas más precisas. Agregar el concepto de entrelazamiento cuántico podría ser un camino a seguir.
Es importante destacar que el límite de Heisenberg sobre la incertidumbre de un sistema cuántico todavía se aplica (lo cual es una buena noticia: sustenta gran parte de la teoría de la física fundamental). Lo que este estudio muestra es que el principio puede eludirse hasta cierto punto calculando las probabilidades de otra manera.
“Durante el siglo pasado, este marco teórico fundamental no sólo ha servido como un componente crítico en la interpretación de la mecánica cuántica, sino que también ha revolucionado nuestra comprensión conceptual de las limitaciones de la medición en la escala cuántica”, escriben los investigadores.
La investigación aún no ha sido revisada por pares, pero hay una preimpresión disponible en línea en arXiv.
Este artículo fue verificado por Rebecca Dyer y editado por Rebecca Dyer. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.