Investigadores pioneros de Europa han logrado un hito sin precedentes: superar el límite de precisión en mediciones cuánticas. Esta hazaña podría repercutir considerablemente en los métodos de interferometría y en los límites cuánticos de medición.
La investigación, publicada en la revista Nature y financiada en parte por el proyecto EMALI («Ingeniería, manipulación y caracterización de estados cuánticos de materia y luz»), contó con el apoyo de una subvención de las Redes de formación mediante la investigación Marie Curie por valor de 439.000 euros al amparo del Sexto Programa Marco (6PM) de la Unión Europea, concedida para desarrollar técnicas experimentales y teóricas generales con las que crear, manipular y caracterizar estados cuánticos de la materia y la luz.
La interferometría se basa en el principio de superposición cuántica, que permite a las partículas cuánticas tomar una serie de rutas de forma simultánea. Esto ofrece la posibilidad de detectar diferencias minúsculas entre rutas. Gracias al estudio referido, las interacciones entre las partículas pueden utilizarse para generar interferómetros más sensibles.
Mario Napolitano, doctorando del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona (España) y autor principal del trabajo, y sus colaboradores aprovecharon la interacción de fotones para investigar una estructura atómica y lograr una precisión superior al límite fundamental de Heisenberg, descrito por expertos en la materia como el límite definitivo de las mediciones tanto de detección de onda como de imagen magnética.
«Los instrumentos más precisos se basan en la interferometría y funcionan de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica», indican los autores en el artículo de la revista Nature. «Un grupo de partículas, por ejemplo fotones o átomos, se prepara hasta que alcanza un estado de superposición, se le permite evolucionar bajo el efecto de un hamiltoniano con un parámetro desconocido, X, y se mide de acuerdo con la teoría de medición cuántica. La complementariedad de las mediciones cuánticas determina la precisión real de estos instrumentos.»
Expertos en física cuántica indican que si se tiene en cuenta el principio de incertidumbre de Heisenberg ciertos pares de propiedades físicas, como la posición y el momento, no pueden conocerse con precisión arbitraria, es decir cuanto más preciso sea el conocimiento de una de ellas tanto menor será la de su par. Gracias a este nuevo descubrimiento, las interacciones entre partículas podrían utilizarse en aplicaciones de metrología cuántica.
Dado que en el ámbito de la física cuántica existen ciertas restricciones en el propio hecho de la medición, no deja de ser complicado el logro de una precisión determinada. Según los expertos, en una medición que implique una interferencia cuántica entre N partículas sonda, la precisión mejora al aumentar N, y su escala es 1/N1/2 si las partículas son independientes y 1/N (el límite de Heisenberg) si se encuentran «entrelazadas» por mecánica cuántica.
Recientemente se planteó la posibilidad de incrementar la precisión si las partículas interactúan entre sí. Básicamente, el comportamiento de una partícula viene determinado por la presencia de otras.
En el estudio referido, los investigadores desarrollaron un sistema para obtener esta escala «súper Heisenberg». El equipo utilizó efectos ópticos no lineales en una estructura de átomos fríos para producir interacciones entre fotones utilizados para investigar la magnetización del conjunto. La medición demostrada mejoró la escala más allá del límite de Heisenberg superando los métodos de interferometría tradicionales en más de diez órdenes de magnitud.
«Nuestro trabajo muestra que las interacciones entre partículas permiten mejorar la precisión en una medición regida por circunstancias cuánticas y demuestra empíricamente un recurso nuevo para la metrología cuántica», concluyen los autores.
Para más información:
Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO):
http://www.icfo.es/index.php?section=home0〈=spanish
Nature:
http://www.nature.com/
Fuente: Cordis
