Ideen un mètode experimental per mesurar la coherència quàntica

Un principi fonamental de la mecànica quàntica és la superposició d’estats. Sistemes que estan en diversos estats alhora, “vius i morts” al mateix temps com el famós gat d’Schrödinger, fins que ningú no realitza una mesura i el sistema es decanta per una de les opcions. Mentre dura la superposició es diu que el sistema està en un estat coherent. En els sistemes reals, conjunts de diverses partícules elementals o àtoms que es troben en estats de superposició de, per exemple, diverses posicions alhora, diferents nivells d’energia, o amb l’espin (gir de rotació quàntic) apuntant en un sentit i en el contrari, la coherència és fràgil: la superposició es trenca fàcilment per les vibracions associades a la temperatura i per les interaccions amb l’entorn.

Investigadors del Departament de Física de la UAB i de l’Indian Institute of Science, Education and Research de Kolkata (Índia) proposen una nova manera de mesurar com és de robusta la coherència quàntica d’un estat de superposició. El mètode està basat en la mesura de la visibilitat de les franges d’interferència, una figura formada per franges alternades fosques i intenses, com el patró d’una pell de zebra, que es produeix quan es fan coincidir dos estats coherents.

“L’existència de superposicions quàntiques és al cor de la natura no clàssica de la física quàntica. Es manifesta tot produint patrons d’interferència en experiments interferomètrics”, explica Andreas Winter, investigador de la UAB que ha participat en l’estudi. “Nosaltres hem demostrat que cadascun dels paràmetres de visibilitat del patró d’interferència, com per exemple la diferència entre màxims i mínims d’intensitat, dóna lloc a una mesura de la coherència”. “L’estudi connecta la teoria de recursos de la coherència, un àmbit de recerca en expansió però molt abstracte, amb observacions experimentals concretes i físicament rellevants”.

Els científics, experts en teoria quàntica de la informació, investiguen aquelles propietats intrínseques de la mecànica quàntica com l’entrellaçament, la incertesa, la superposició, l’indeterminisme o la interferència, per ser emprats com a recursos per al processament quàntic de la informació, la base dels futurs ordinadors quàntics.

La recerca ha estat desenvolupada pels investigadors del Grup d’Informació i Fenòmens Quàntics del Departament de Física de la UAB Andreas Winter, investigador ICREA, i Maria García Díaz, juntament amb l’investigador de l’Indian Institute of Science, Education and Research de Kolkata (Índia) Tanmoy Biswas.

Article científic de referència:
Tanmoy Biswas, María García Díaz, Andreas Winter. Interferometric visibility and coherence. Proceedings of the Royal Society A. July 2017 Volume 473, issue 2203. DOI: 10.1098/rspa.2017.0170
http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/473/2203/20170170