Expertos de la Universidad de Bonn explicaron el principio del nuevo experimento con un ejemplo sencillo. Supongamos que
Un pequeño truco lo ayuda en esto:mientras el camarero acelera sus pasos, inclina ligeramente la bandeja para que el champán no se salga de las copas. A medio camino de la mesa, la inclina en la dirección opuesta y reduce la velocidad. Solo cuando se detiene por completo, vuelve a mantenerlo en posición vertical.
Los átomos son algo así como el champán.Se pueden describir como ondas de materia que no se comportan como una bola de billar, sino como un líquido. Entonces, cualquiera que quiera mover átomos de un lugar a otro lo más rápido posible debe ser tan hábil como un camarero en la víspera de Año Nuevo. “Y aun así hay un límite de velocidad”, explica la Dra. Andrea Alberti, quien dirigió el estudio en el Instituto de Física Aplicada de la Universidad de Bonn.
En su estudio, los científicos experimentalmentedescubrí exactamente dónde está este límite. Utilizaron un átomo de cesio como sustituto del champán y dos rayos láser perfectamente superpuestos pero dirigidos uno contra el otro. Esta superposición, que los físicos llaman interferencia, crea una onda estacionaria de luz: similar a una secuencia de «montañas» y «valles», que inicialmente no se mueven. "Cargamos un átomo en uno de estos valles y luego pusimos en movimiento una onda estacionaria; esto cambió la posición del valle mismo", explica Alberti. "Nuestro objetivo era llevar el átomo al lugar correcto en el menor tiempo posible, sin que saliera del "valle".
Que hay una limitación en el microcosmosLa velocidad, fue demostrada teóricamente por dos físicos soviéticos, Leonid Mandelstam e Igor Tamm, hace más de 60 años. Demostraron que la velocidad máxima de un proceso cuántico depende de la incertidumbre energética. Básicamente, depende de cuán “libre” sea la partícula controlada en relación con sus posibles estados energéticos: cuanto más libertad energética tiene, más rápida es. En el caso de la transferencia de átomos, por ejemplo, cuanto más profundo sea el “valle” en el que queda atrapado un átomo de cesio, mayor será la dispersión de las energías de los estados cuánticos en el valle y, en última instancia, más rápido podrá transferirse. Algo similar se puede ver en el ejemplo de un camarero: si llena las copas sólo hasta la mitad, es menos probable que derrame champán cuando acelera y desacelera. Sin embargo, la libertad energética de una partícula no se puede aumentar arbitrariamente. “No podemos hacer que nuestro «valle» infinitamente profundo, eso requeriría demasiada energía”, subraya Alberti.
El límite de velocidad de Mandelstam y Tamm -limitación fundamental. Sin embargo, esto solo se puede lograr bajo ciertas circunstancias, a saber, en sistemas con solo dos estados cuánticos. “En nuestro caso, por ejemplo, esto ocurre cuando el origen y el destino están muy próximos”, explica la física. "Entonces, las ondas materiales del átomo en ambos lugares se superponen, y el átomo se puede enviar directamente a su destino de una sola vez, es decir, sin paradas intermedias".
Sin embargo, la situación cambia cuando la distanciaaumenta a varias decenas de valores del ancho de la onda de materia, como en el experimento de Bonn. La teletransportación directa es imposible a estas distancias. En cambio, la partícula debe pasar por varios estados intermedios para llegar a su destino final: el sistema de dos niveles se convierte en multinivel. El estudio muestra que se aplica un límite de velocidad más bajo a tales procesos de lo que predijeron los dos físicos soviéticos. El punto es que está determinado no solo por la incertidumbre de la energía, sino también por el número de estados intermedios. Por lo tanto, el nuevo trabajo mejora la comprensión teórica de los procesos cuánticos complejos y sus limitaciones.
Las conclusiones de los físicos son importantes sobre todo paracomputación cuántica. Los cálculos que son posibles con las computadoras cuánticas se basan principalmente en la manipulación de sistemas multinivel. Sin embargo, los estados cuánticos son muy frágiles. Duran solo un corto período de tiempo, el tiempo de coherencia. El nuevo estudio revela el número máximo de operaciones que los científicos pueden realizar durante el tiempo de alineación. Esto permite que se utilice de forma óptima.
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