Traducido por el equipo de SOTT.net

El asombroso experimento, que reconstruye las propiedades de fotones entrelazados a partir de un patrón de interferencia 2D, podría utilizarse para diseñar ordenadores cuánticos más rápidos.
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© Nature Photonics, Zia et al.La reconstrucción de una imagen holográfica de dos fotones entrelazados
Los científicos han utilizado una técnica inédita para visualizar dos partículas de luz entrelazadas en tiempo real, haciéndolas aparecer como un asombroso símbolo cuántico "yin-yang".

El nuevo método, denominado holografía digital de bifotones, utiliza una cámara de altísima precisión y podría emplearse para acelerar de forma masiva las futuras mediciones cuánticas.

Los investigadores publicaron sus hallazgos el 14 de agosto en la revista Nature Photonics.

El entrelazamiento cuántico -la extraña conexión entre dos partículas alejadas que Albert Einstein calificó de "espeluznante acción a distancia"- permite que dos partículas de luz, o fotones, queden inextricablemente unidas entre sí, de modo que un cambio en una de ellas provoca un cambio en la otra, independientemente de la distancia a la que se encuentren.

Para hacer predicciones precisas sobre un objeto cuántico, los físicos necesitan hallar su función de onda: una descripción de su estado existente en una superposición de todos los posibles valores físicos que puede tomar un fotón. El entrelazamiento dificulta la determinación de la función de onda de dos partículas conectadas, ya que cualquier medición de una de ellas provoca un cambio instantáneo en la otra.

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© University of OttawaDe izquierda a derecha: Alessio D'Errico, Ebrahim Karimi y Nazanin Dehghan
Los físicos suelen abordar este obstáculo mediante un método conocido como tomografía cuántica. Tomando un estado cuántico complejo y aplicándole una proyección, miden alguna propiedad perteneciente a ese estado, como su polarización o momento, de forma aislada de otras.

Repitiendo estas mediciones en múltiples copias del estado cuántico, los físicos pueden hacerse una idea del original a partir de cortes de dimensiones inferiores, como reconstruir la forma de un objeto tridimensional a partir de las sombras bidimensionales que proyecta en las paredes circundantes.

Este proceso proporciona toda la información necesaria, pero también requiere muchas mediciones y, además, arroja una gran cantidad de estados "no permitidos" que no cumplen con las leyes de la física. Esto obliga a los científicos a la ardua tarea de eliminar los estados absurdos y no físicos, un esfuerzo que puede llevar horas o incluso días dependiendo de la complejidad del sistema.

Para sortear este obstáculo, los investigadores utilizaron la holografía para codificar la información de dimensiones superiores en fragmentos manejables de dimensiones inferiores.
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Los hologramas ópticos utilizan dos haces de luz para crear una imagen tridimensional: un haz incide sobre el objeto y rebota en él, mientras que el otro brilla sobre un soporte de grabación. El holograma se forma a partir del patrón de interferencia de la luz, o patrón en el que los picos y los valles de las dos ondas luminosas se suman o se anulan mutuamente. Los físicos utilizaron un método similar para capturar una imagen del estado "entrelazado" del fotón a través del patrón de interferencia que hicieron con otro estado conocido. Luego, al capturar la imagen resultante con una cámara de precisión de nanosegundos, los investigadores separaron el patrón de interferencia que recibieron, revelando una asombrosa imagen yin-yang de los dos fotones entrelazados.

"Este método es exponencialmente más rápido que las técnicas anteriores, ya que sólo requiere minutos o segundos en lugar de días", afirma en un comunicado Alessio D'Errico, coautor del estudio y becario postdoctoral en la Universidad de Ottawa (Canadá).

Más información: Zia, D., Dehghan, N., D'Errico, A. et al. Interferometric imaging of amplitude and phase of spatial biphoton states. Nat. Photon. (2023). doi.org/10.1038/s41566-023-01272-3
Ben Turner es redactor de Live Science en el Reino Unido. Se ocupa de física y astronomía, entre otros temas como la tecnología y el cambio climático. Se licenció en Física de Partículas en el University College de Londres antes de formarse como periodista.