La pel¨ªcula jam¨¢s tomada de una secuencia cu¨¢ntica en una millon¨¦sima de segundo

En f¨ªsica cl¨¢sica, el rojo siempre es rojo. En mec¨¢nica cu¨¢ntica, sin embargo, la medici¨®n puede cambiar el estado (cu¨¢ntico) del sistema que se mide. Pero no todas las mediciones lo cambian ni convierten un sistema cu¨¢ntico en uno cl¨¢sico. Hay mediciones ¡°ideales¡± en las que, siempre, a la pregunta ?es rojo?, el sistema contesta lo mismo: s¨ª o no. Y si el sistema estaba en un estado cu¨¢ntico de m¨¢xima informaci¨®n, la medici¨®n deja el sistema en un estado, quiz¨¢ diferente, pero tambi¨¦n de m¨¢xima informaci¨®n.

Ni siquiera los padres de esta rama f¨ªsica estaban seguros de que esto fuese posible. El matem¨¢tico John von Neumann (Budapest, 1903 ¨C Washington, 1957), quien desarroll¨® la mec¨¢nica cu¨¢ntica de las mediciones, no pensaba que las ideales fuesen posibles. Sin embargo, a mediados de siglo, el f¨ªsico alem¨¢n Gerhart L¨¹ders (Hamburgo, 1920- Gotinga, 1995) demostr¨® que, para que la mec¨¢nica cu¨¢ntica fuese consistente, las mediciones ideales ten¨ªan que existir.

Un equipo internacional europeo ha conseguido por primera vez demostrar que es as¨ª y ha logrado observar el estado cu¨¢ntico de un ion de estroncio no solo al principio y al final de la medici¨®n, sino tambi¨¦n durante el proceso. Es la primera pel¨ªcula de algo nunca visto y que dura una millon¨¦sima de segundo.

Investigadores europeos logran observar el estado cu¨¢ntico de un ion de estroncio no solo al principio y al final de la medici¨®n, sino tambi¨¦n durante el proceso

¡°En el universo, todo lo que puede suceder sucede. Y una de las cosas que pueden suceder son las mediciones cu¨¢nticas ideales¡±, explica Ad¨¢n Cabello, del departamento de F¨ªsica Aplicada de la Universidad de Sevilla. ?l, junto Fabian Pokorny, Chi Zhang, Gerard Higgins, Matthias Kleinmann y Markus Hennrich, f¨ªsicos de las universidades de Estocolmo, Siegen (Alemania) y del Pa¨ªs Vasco, ha conseguido hacer una medida ideal de una part¨ªcula at¨®mica manipulada mediante l¨¢seres en un laboratorio sueco.

Hasta ahora se asum¨ªa que el cambio del estado cu¨¢ntico era instant¨¢neo. Pero la investigaci¨®n de este equipo europeo ha demostrado que no es as¨ª, que existe una sucesi¨®n y que es medible. ¡°Ese proceso era un misterio. Se conoc¨ªa el principio y el final, pero no la secuencia. Hemos conseguido probar que las medidas ideales existen y que podemos tomar fotos del proceso¡±, comenta Cabello mientras muestra en la pantalla del ordenador las im¨¢genes de la trampa de iones donde se ha llevado a cabo el experimento.

En el universo, todo lo que puede suceder sucede. Y una de las cosas que pueden suceder son las mediciones cu¨¢nticas ideales

Ad¨¢n Cabello, departamento de F¨ªsica Aplicada de la Universidad de Sevilla

El hallazgo, publicado en Physical Review Letters, no es banal. No solo porque confirma una de las predicciones m¨¢s sutiles de la mec¨¢nica cu¨¢ntica, sino porque permite investigar c¨®mo aparece el ruido que afecta a los computadores cu¨¢nticos y que hace que estos no puedan desplegar todo su potencial.

¡°Hemos demostrado que se puede tener un gran control de un proceso de medici¨®n cu¨¢ntica. Nuestra motivaci¨®n era que la teor¨ªa no se estaba exprimiendo al m¨¢ximo. No se estaba aprovechando que existen mediciones cu¨¢nticas ideales¡±, resalta el f¨ªsico nacido en Madrid en 1968.

El resultado del experimento es una sucesi¨®n de gr¨¢ficos que muestran qu¨¦ le sucede al estado cu¨¢ntico del i¨®n de estroncio durante la millon¨¦sima de segundo que dura la medici¨®n. Las alturas de las torres indican el grado de superposici¨®n de los posibles estados cu¨¢nticos. La pel¨ªcula muestra c¨®mo, durante la medici¨®n, algunas de las superposiciones se pierden de forma gradual mientras que otras se conservan tal y como ha de suceder en una medici¨®n cu¨¢ntica ideal.

¡°Al tomar instant¨¢neas tomogr¨¢ficas, mostramos que el proceso se desarrolla de acuerdo con el modelo de una medici¨®n cu¨¢ntica ideal con una fidelidad del 94%¡±, concluyen los investigadores.

El paso que se ha dado es muy importante porque abre la puerta de futuras aplicaciones de las mediciones cu¨¢nticas ideales en computaci¨®n.

Un proyecto te¨®rico del Ej¨¦rcito de EE UU

Un proyecto del Ej¨¦rcito de EE UU, publicado tambi¨¦n Physical Review Letters, ha indagado tambi¨¦n en la correcci¨®n de errores cu¨¢nticos, pero solo en el plano te¨®rico. El trabajo, desarrollado por investigadores del Instituto de Tecnolog¨ªa de Massachusetts (MIT) con fondos del Ej¨¦rcito, pretende mitigar ciertas fluctuaciones aleatorias, o ruido, una de las principales barreras de la computaci¨®n cu¨¢ntica.

La investigaci¨®n pretende identificar los tipos de ruido que son m¨¢s probables para modelarlos con precisi¨®n y suprimir sus efectos.