Unos investigadores relacionan el entrelazamiento cuántico y la topología
Por vez primera, investigadores del Laboratorio de Luz Estructurada (Facultad de Física) de la Universidad de Witwatersrand (Sudáfrica), dirigidos por el profesor Andrew Forbes, colaboraron con el teórico de cuerdas Robert de Mello Koch, de la Universidad de Huzhou (China) (anteriormente de la Universidad de Wits). Demostraron la extraordinaria hazaña de perturbar pares de partículas cuánticas entrelazadas, separadas en el espacio pero conectadas, sin cambiar sus características compartidas.
Los investigadores relacionan el entrelazamiento cuántico y la topología: la conexión entre los fotones
Pedro Ornelas, autor principal y estudiante de máster en el laboratorio de luz estructurada, explica: “Hemos logrado este avance experimental entrelazando dos fotones idénticos y ajustando su función de onda compartida. Este ajuste reveló su estructura o topología sólo al considerar los fotones como una unidad unificada”.
La conexión entre los fotones, establecida a través del entrelazamiento cuántico conocido como “espeluznante acción a distancia”, permite que las partículas influyan en las mediciones de la otra a pesar de estar muy alejadas.
Publicada en Nature Photonics el 8 de enero de 2024, la investigación explora el papel de la topología en la conservación de propiedades. Es como transformar una taza de café en un donut; a pesar de los cambios, una característica topológica constante, como un agujero, permanece inalterada.
Forbes explica: “Nuestro entrelazamiento de fotones es como la arcilla en manos de un alfarero: es maleable, pero algunas características persisten”.
La topología Skyrmion, estudiada inicialmente por Tony Skyrme en la década de 1980, representa configuraciones de campo que muestran rasgos similares a los de las partículas. En este contexto, la topología se refiere a una propiedad de los campos, similar a la textura de un tejido, que permanece constante independientemente de la dirección.
Materiales modernos
Estos conceptos se observan en los materiales modernos e incluso en análogos ópticos que utilizan rayos láser. En la física de la materia condensada, los skyrmions son reconocidos por su estabilidad, lo que repercute en los avances en el almacenamiento de datos.
“Esperamos que nuestros skyrmions entrelazados cuánticamente conduzcan a avances transformadores”, afirma Forbes. La investigación cuestiona la noción de los skyrmions como entidades localizadas, sugiriendo que su topología es no local y compartida entre entidades separadas.
Los investigadores utilizan la topología como marco para clasificar los estados entrelazados, ampliando este concepto innovador.
El Dr. Isaac Nape, coinvestigador, prevé: “Esta nueva perspectiva puede actuar como un sistema de etiquetado para estados enredados, ¡parecido a un alfabeto!”.
Nape añade: “Al igual que diferenciamos objetos como esferas, donuts y esposas en función de su número de agujeros, nuestros skyrmions cuánticos poseen características distintas determinadas por su topología”.
El equipo anticipa que esto podría convertirse en una potente herramienta, introduciendo nuevos protocolos de comunicación cuántica que utilicen la topología como alfabeto para procesar información cuántica a través de canales basados en el entrelazamiento.
Estos descubrimientos son cruciales, ya que los investigadores llevan mucho tiempo luchando por preservar los estados entrelazados. La persistencia de la topología, incluso cuando el entrelazamiento se debilita, apunta a un posible nuevo mecanismo de codificación. Este mecanismo podría aprovechar el entrelazamiento, sobre todo en situaciones en las que los métodos de codificación tradicionales fallan debido a que el entrelazamiento es mínimo.
” Por ello, estamos centrando nuestra investigación en definir estos protocolos y ampliar el alcance de los estados cuánticos topológicos no locales”, afirma Forbes.
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