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Temporal Quantum Correlations

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El tiempo podría ayudar a revelar el mundo cuántico

La medición temporal de átomos podría ofrecer a los físicos una mejor comprensión del mundo cuántico y proporcionar nuevas posibilidades en los campos de la computación cuántica y la criptografía.

Investigación fundamental

La mecánica cuántica, la teoría que describe las propiedades físicas de la naturaleza a escala de átomos y partículas subatómicas, es enigmática, sorprendente y, algunas veces, desconcertante. Esto se debe en parte a que las leyes que rigen la física clásica no son suficientes para explicar por completo lo que sucede a esta escala. «La teoría de la mecánica cuántica comenzó a desarrollarse hace unos cien años como un método para explicar las propiedades de los átomos», comenta el coordinador del proyecto TempoQ, Otfried Gühne, de la Universidad de Siegen en Alemania. «Se trataba en gran medida de una teoría fundamental. Después, en los años ochenta y noventa del siglo pasado, los investigadores empezaron a percatarse de que la mecánica cuántica podría tener implicaciones en el procesamiento de información». En concreto, los físicos descubrieron que los algoritmos ejecutados en un ordenador cuántico (un dispositivo que aprovecha las propiedades colectivas de los estados cuánticos) podrían resolver ciertos problemas más rápido que un ordenador convencional. Los científicos demostraron además que los fenómenos cuánticos podrían emplearse en criptografía para hacer aún más segura la comunicación de información. «También se han logrado progresos notables en el aspecto experimental —agrega Gühne—. En los últimos decenios, los investigadores han conseguido atrapar y manipular átomos individuales».

Correlaciones temporales

El objetivo del proyecto TempoQ, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, era aprovechar estos desarrollos teóricos y experimentales para examinar fenómenos específicos a escala cuántica. Si bien muchos investigadores han analizado las correlaciones espaciales entre átomos para comprender mejor la mecánica cuántica, Gühne y su equipo decidieron estudiar las correlaciones temporales. Es decir, se tomaron mediciones del mismo átomo pero en momentos diferentes. A continuación, examinaron qué información podrían aportar estas mediciones sobre el mundo cuántico. «Este proyecto consistió en una investigación muy fundamental, más cercana a las matemáticas que a cualquier aplicación práctica como tal —observa Gühne—. En concreto, queríamos identificar ciertas mediciones que solo pudieran explicarse con la teoría cuántica».

Descubrimientos cuánticos

Los experimentos realizados por Gühne y su equipo han permitido realizar progresos en una teoría general de las correlaciones temporales a nivel cuántico y, además, han ayudado a probar algunas propiedades cuánticas que no se podrían haber logrado con la aplicación de la teoría de la física clásica. «El carácter fundamental de TempoQ también nos permitió abordar algunas preguntas sin responder sobre la naturaleza de la mecánica cuántica —comenta Gühne—. Esto era algo que no se había previsto al comienzo del proyecto, pero hemos logrado resolver una conjetura sobre las correlaciones temporales cuánticas que llevaba un cuarto de siglo esperando una respuesta. El investigador posdoctoral que trabajó en ello incluso ganó un premio por este descubrimiento». El éxito del proyecto también mejoró el perfil del grupo de investigación de Gühne y ayudó a atraer investigadores y profesores al laboratorio. Y, aunque la investigación no proporcionó ninguna innovación o producto inmediatamente identificables, Gühne explica por qué la ciencia fundamental es tan importante. «Primero, la investigación fundamental es interesante en sí misma —señala—. Si se piensa en la investigación inicial sobre cuestiones como la criptografía cuántica y la computación en los años ochenta del siglo pasado, todos sus avances fueron mayormente teóricos y especulativos. Por ejemplo, los láseres empleados en hoy día en muchos sectores fueron un área de investigación fundamental hasta los años sesenta del siglo pasado. Solo entonces se comenzaron a buscar posibles aplicaciones». Por ello, Gühne cree que el proyecto TempoQ ha hecho una contribución significativa al campo de la teoría cuántica, en el que las futuras aplicaciones en informática, criptografía y otros sectores podrían transformar algún día nuestras vidas.

Palabras clave

TempoQ, cuántica, física, computación, criptografía, mecánica, átomos, láseres

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