Artículos del CEI — Cómo entrelazar dos electrones una y otra vez
En palabras del Dr. Csonka: «Los electrones se encuentran en un estado extraño en los materiales superconductores. Nos hemos propuesto emplear estos superconductores para obtener pares de electrones entrelazados y separados espacialmente que se comporten como un único objeto cuántico.» En torno al núcleo central de un átomo orbitan electrones. Del mismo modo que la Tierra gira cada día en torno a su eje y orbita alrededor del Sol, los electrones también realizan un giro o espín. Pero aquí acaba todo parecido. El espín de los electrones es un concepto cuántico casi imposible de visualizar pero, dado que la información del espín se conserva cuando se transmiten electrones, este espín cuántico podría constituir la base para construir ordenadores cuánticos y nuevas técnicas de procesamiento de información. Las partículas como los electrones también pueden entrelazarse, de tal manera que el espín medido en uno de ellos se corresponde con el medido en otro, sin importar la distancia que medie entre ellos. Esta «no localidad» del entrelazamiento implica que dos partículas distintas se pueden considerar como un objeto único, aunque estén separados a cierta distancia, un fenómeno extraño que muchos científicos desean desentrañar. Separación de pares Un ejemplo concreto del fenómeno descrito es el llamado «par de Cooper», que en condiciones naturales está formado por dos electrones en un superconductor, esto es, un material con una resistencia eléctrica nula o prácticamente nula. «Nos proponemos separar los electrones de un par de Cooper y dirigir uno de los electrones hacia un polo o electrodo y el otro hacia el otro polo», explicó Csonka. Para lograrlo se vale de un transistor de electrón único (SET) situado en cada extremo de un superconductor para atrapar los electrones entrelazados. «Este montaje funciona como un torno del metro que sólo permite que las personas pasen de una en una», explicó. Del mismo modo, el SET únicamente deja añadir electrones de uno en uno, con lo que el segundo electrón del par queda libre en el superconductor. «Pero a los superconductores no les "gustan" los electrones solitarios —añadió Csonka—, por lo que el electrón libre se desplaza de inmediato al otro extremo, donde se introduce en otro SET. Así tenemos a cada integrante del par entrelazado en un extremo distinto.» Acoplando polos a los SET, se obtiene un «dispositivo entrelazador» capaz de producir y controlar pares entrelazados de un modo eficiente. «Antes de comenzar nuestro trabajo, la eficiencia de estos aparatos rondaba el 3 % —destacó Csonka—, pero ya hemos llegado a una eficiencia del 20 % y estamos tratando de optimizar los transistores para seguir aumentando esa cifra.» Sin desenlace En la segunda parte del proyecto el objetivo es demostrar que el par de electrones separados no abandona su estado de entrelazamiento y determinar hasta qué distancia y por cuánto tiempo se pueden separar sin perder esta condición. «Si logramos optimizar esa separación, se podrán aprovechar los pares entrelazados en ordenadores cuánticos —aseguró Csonka—, donde habrá que separar bits cuánticos entrelazados a una distancia relativamente grande. Además, podemos unir nuestro generador de pares de electrones entrelazados a un "convertidor de electrones y fotones". La información relativa al espín del electrón se traslada a la polarización del fotón y, puesto que los electrones se encuentran entrelazados, también lo están los fotones.» Así pues, un generador eficiente de electrones entrelazados puede transformarse también en un generador eficiente de fotones entrelazados. Mediante la «producción en serie» de pares entrelazados de electrones y fotones, el Dr. Csonka confía en proporcionar las materias primas necesarias para una experimentación mucho más avanzada y, así, situar la quimera de los ordenadores cuánticos prácticos un paso más cerca de hacerse realidad. Detalles del proyecto - Investigador principal: Dr. Szabolcs Csonka - Institución de acogida: Universidad de Tecnología y Economía de Budapest - Proyecto: «Pares de Cooper como fuente de entrelazamiento» (Coopairent) - Convocatoria del CEI: subvención avanzada (Advanced Grant) 2011 - Financiación del CEI: 1,5 millones de euros - Duración del proyecto: cinco años Para más información: - página web del grupo de investigación del Dr. Szabolcs Csonka Glosario - Interpretación de Copenhague: visión de amplia aceptación sobre la mecánica cuántica que se ocupa únicamente de las probabilidades de observar y medir las propiedades de «partículas» capaces de comportarse como ondas. - Espín electrónico o espín cuántico: al igual que la Tierra gira sobre su eje cada día y completa una órbita en torno al Sol en un año, los electrones poseen su propio movimiento de giro o «espín» mientras orbitan en torno al núcleo de un átomo. No obstante, hasta ahí llega su parecido, ya que el espín cuántico no se ajusta al sentido de rotación que se entiende en un espacio físico común. - Entrelazamiento cuántico: estado de interacción entre dos partículas (tales como fotones o electrones) en el que la posición, el momento, el espín, la polarización y demás propiedades del par de partículas se puede caracterizar mediante una descripción única e inseparable conforme a la mecánica cuántica. Según la interpretación de Copenhague, los valores observables de su estado compartido son indeterminados hasta que se miden, momento en el que un componente del par asume un valor definido (por ejemplo, espín arriba) y se puede constatar que el otro componente ha adoptado un valor correlativo (por ejemplo, espín abajo). Los resultados de las mediciones practicadas sobre cada uno de los integrantes del par están correlacionados, con independencia de la distancia que exista entre las partículas entrelazadas.