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(noticias nanowerk) Por primera vez, investigadores del Laboratorio de Luz Estructurada (Facultad de Física) de la Universidad de Witwatersrand en Sudáfrica, dirigidos por el profesor Andrew Forbes, en colaboración con el teórico de cuerdas Robert de Mello Koch de la Universidad de Huzhou en China (anteriormente de Wits University ) han demostrado la notable capacidad de perturbar pares de partículas cuánticas entrelazadas espacialmente separadas pero interconectadas sin cambiar sus propiedades compartidas.
«Logramos este hito experimental entrelazando dos fotones idénticos y ajustando su función de onda compartida para que su topología, o estructura, se vuelva visible sólo cuando los fotones se tratan como una entidad unificada», explica el autor principal Pedro Ornelas, estudiante de maestría en el Laboratorio de luz estructurada.
Esta conexión entre los fotones se creó mediante entrelazamiento cuántico, a menudo llamado «acción espeluznante a distancia», que permite que las partículas influyan entre sí en los resultados de las mediciones incluso cuando están a grandes distancias una de otra.
La investigación fue publicada en Fotónica de la naturaleza (“Skyrmions no locales como estados de luz entrelazados cuánticos topológicamente robustos”).
El papel de la topología y su capacidad para preservar propiedades se puede comparar en este trabajo con la forma en que una taza de café puede transformarse en la forma de un donut; A pesar de los cambios de apariencia y forma durante la transformación, un único agujero (una característica topológica) permanece constante y sin cambios. De esta manera los dos objetos son topológicamente equivalentes. «El entrelazamiento entre nuestros fotones es maleable, como la arcilla en las manos de un alfarero, pero algunas características se conservan durante el proceso de modelado», explica Forbes.
La naturaleza de la topología estudiada aquí, llamada topología skyrmion, fue estudiada originalmente por Tony Skyrme en la década de 1980 como configuraciones de campo con propiedades similares a las de partículas. En este contexto, la topología se refiere a una propiedad global de los campos, similar a un trozo de material (la función de onda) cuya textura (la topología) permanece sin cambios independientemente de la dirección en la que se mueva.
Desde entonces, estos conceptos se han implementado en materiales magnéticos modernos, cristales líquidos e incluso como análogos ópticos utilizando rayos láser clásicos. En el campo de la física de la materia condensada, los skyrmions son muy apreciados por su estabilidad y resistencia al ruido, lo que ha llevado a avances revolucionarios en dispositivos de almacenamiento de datos de alta densidad. «Nuestro objetivo es lograr un impacto transformador similar con nuestros skyrmions cuánticos entrelazados», dice Forbes.
Investigaciones anteriores mostraron que estos skyrmions estaban ubicados en un solo lugar. «Nuestro trabajo representa un cambio de paradigma: la topología, que tradicionalmente se suponía que existía en una configuración única y local, ahora es no local o compartida por entidades espacialmente separadas», dice Ornelas.
Ampliando este concepto, los investigadores utilizan la topología como marco para clasificar o distinguir estados entrelazados. Imaginan que «esta nueva perspectiva puede servir como un sistema de etiquetado para estados entrelazados, ¡similar a un alfabeto!», dice el Dr. Isaac Nape, co-investigador.
«Al igual que las balas, los donuts y las esposas se distinguen por el número de agujeros que contienen, nuestros skyrmions cuánticos se pueden distinguir de la misma manera en función de sus aspectos topológicos», dice Nape. El equipo espera que esto pueda ser una herramienta poderosa que allane el camino para nuevos protocolos de comunicación cuántica que utilicen la topología como un alfabeto para el procesamiento de información cuántica a través de canales basados en entrelazamiento.
Los resultados informados en el artículo son cruciales porque los investigadores han estado desarrollando técnicas para preservar los estados entrelazados durante décadas. El hecho de que la topología permanezca intacta incluso cuando el entrelazamiento decae sugiere un mecanismo de codificación potencialmente nuevo que explota el entrelazamiento, incluso en escenarios de entrelazamiento mínimo donde los protocolos de codificación tradicionales fallarían.
«Centraremos nuestros esfuerzos de investigación en definir estos nuevos protocolos y ampliar el panorama de estados cuánticos topológicos no locales», dice Forbes.
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