Entrelazamiento Estabilizado de Osciladores Mecánicos Masivos

El elusivo fenómeno de la mecánica cuántica llamado entrelazamiento se ha hecho realidad en objetos de tamaño casi macroscópico. Los resultados publicados en Nature muestran cómo dos parches de tambor que vibran, del ancho de un cabello humano, pueden mostrar la espeluznante acción.

En 1935, Einstein observó que la mecánica cuántica, la entonces recién desarrollada teoría fundamental de la naturaleza, implica la existencia de una "espeluznante acción a distancia", que pronto se conoció como "entrelazamiento". Esta permite que los objetos se afecten mutuamente a través de distancias arbitrarias sin ninguna interacción directa. El fenómeno desafía tanto a la física clásica como a nuestra comprensión de la realidad desde el sentido común.

Hoy en día, el entrelazamiento se considera una piedra angular de la mecánica cuántica y se ha reivindicado en experimentos con sistemas microscópicos como la luz o los átomos. El entrelazamiento es también el recurso clave para una serie de tecnologías cuánticas potencialmente transformadoras, como la computación cuántica y la transmisión de información, en las próximas décadas.

Sin embargo, el entrelazamiento cuántico es extremadamente frágil, y desaparecerá si las partículas entrelazadas interactúan con su entorno, a través de perturbaciones térmicas, por ejemplo. Durante mucho tiempo se consideró que no tenía sentido que el entrelazamiento pudiera darse entre objetos más grandes que los átomos o las moléculas.

Un equipo dirigido por el profesor Mika Sillanpää del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Aalto, ha demostrado ahora lo contrario. Sus resultados se han publicado en Nature, la revista científica más prestigiosa del mundo.

En sus mediciones de laboratorio, los investigadores consiguieron llevar dos objetos distintos y en movimiento, casi visibles a simple vista, a un estado cuántico entrelazado en el que se sienten mutuamente a través de la "espeluznante acción" con la que Einstein se sintió famoso. Los objetos de los experimentos eran dos parches de tambor vibratorios fabricados con aluminio metálico sobre un chip de silicio. Los parches son realmente masivos y macroscópicos en comparación con la escala atómica: su diámetro es similar a la anchura de un fino cabello humano.

Los cuerpos vibrantes interactúan a través de un circuito superconductor de microondas. Los campos electromagnéticos del circuito eliminan cualquier perturbación térmica, dejando sólo las vibraciones mecánicas cuánticas", explica el profesor Sillanpää, al describir el montaje experimental.

La eliminación de cualquier forma de ruido externo es crucial para los experimentos, por lo que deben realizarse a temperaturas extremadamente bajas, cercanas al cero absoluto, a -273 °C. Sorprendentemente, el enfoque experimental permite que el inusual estado de entrelazamiento persista durante largos períodos de tiempo, en este caso hasta media hora. En comparación, las mediciones en partículas elementales han demostrado que el entrelazamiento sólo dura fracciones de segundo.

Estas mediciones son un reto, pero extremadamente fascinantes. En el futuro, intentaremos teletransportar las vibraciones mecánicas. En el teletransporte cuántico, las propiedades de los cuerpos físicos pueden transmitirse a través de distancias arbitrarias utilizando el canal de la "acción fantasmal a distancia". Sin embargo, aún estamos muy lejos de Star Trek", afirma el Dr. Caspar Ockeloen-Korppi, autor principal del trabajo, que también realizó las mediciones.

Los resultados demuestran que ahora es posible controlar las propiedades más delicadas de objetos cuyo tamaño se aproxima a la escala de nuestra vida cotidiana. El logro abre las puertas a nuevos tipos de tecnologías cuánticas, en las que los parches de tambor entrelazados podrían utilizarse como routers o sensores. El hallazgo también permite realizar nuevos estudios de física fundamental, por ejemplo en la interacción poco conocida de la gravedad y la mecánica cuántica.

En el equipo también participaron científicos de la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia), la Universidad de Chicago (EE.UU.) y la Universidad de Jyväskylä (Finlandia), cuyas innovaciones teóricas allanaron el camino para el experimento de laboratorio.

La investigación experimental se llevó a cabo en la infraestructura nacional de investigación de micro y nanotecnologías OtaNano, en Finlandia, y fue financiada también por el Consejo Europeo de Investigación, el programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea y la Academia de Finlandia.

Artículo de investigación: C. F. Ockeloen-Korppi, E. Damskagg, J.-M. Pirkkalainen, A. A. Clerk, F. Massel, M. J. Woolley, M. A. Sillanpaa: ‘Stabilized entanglement of massive mechanical oscillators’. Nature 556, 7702 (2018). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0038-x

Artículo: Einstein's "spooky action" goes massive!