¿De qué depende que las partículas de un sistema cuántico compartan información?

Se ha confirmado experimentalmente una peculiar conjetura sobre la información cuántica.

Algunas cosas están relacionadas, otras no. Supongamos que seleccionamos al azar entre la multitud a una persona que es significativamente más alta que la media. En ese caso, es muy probable que también pese más que la media. Estadísticamente, una cantidad también contiene cierta información sobre la otra.

La física cuántica permite establecer vínculos aún más fuertes entre distintas cantidades: diferentes partículas o partes de un sistema cuántico extenso pueden "compartir" cierta cantidad de información. En su día se hizo una llamativa predicción teórica al respecto: la medida de esta "información mutua" no depende del tamaño del sistema, sino solo de su superficie. Este sorprendente resultado se ha confirmado experimentalmente en la Universidad Tecnológica de Viena (TU Wien) en Austria.

Las aportaciones teóricas al experimento y su interpretación son obra del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Garching en Alemania, la Universidad Libre de Berlín en Alemania, el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich (ETH) y la Universidad de Nueva York en Estados Unidos.

El equipo, integrado, entre otros, por Mohammadamin Tajik y Jörg Schmiedmayer, hizo esa verificación pionera mediante una nube de átomos ultrafríos.

Las partículas fueron enfriadas hasta solo un poco por encima del cero absoluto. Se llama “cero absoluto” a la temperatura más fría que las leyes de la física permiten y que es de 273,15 grados centígrados bajo cero.

El equipo de investigación procuró que las partículas se mantuvieran en su lugar.

Cámara de vacío empleada para el experimento. (Foto: Thomas Schweigler, TU Wien)

A temperaturas extremadamente bajas, las propiedades cuánticas de las partículas cobran cada vez más importancia. La información se dispersa cada vez más en el sistema, y la conexión entre las partes individuales del sistema global se hace cada vez más significativa. En este caso, el sistema puede describirse con una teoría cuántica de campos.

Para obtener la información que necesitaban, los investigadores perturbaron un poco los átomos y observaron la dinámica resultante. “Es como lanzar una piedra a un estanque y obtener información sobre el estado del líquido y del estanque a partir de las ondas generadas por la piedra", pone como ejemplo Schmiedmayer.

La información cuántica desempeña hoy un papel esencial en muchas aplicaciones técnicas de la física cuántica. Así que los resultados del experimento son relevantes para diversas áreas de investigación, desde la física del estado sólido hasta el estudio físico cuántico de la gravedad, pasando por muchas otras.

El estudio se titula “Verification of the area law of mutual information in a quantum field simulator”. Y se ha publicado en la revista académica Nature Physics. (Fuente: NCYT de Amazings)