Experimentos de Borrador Cuántico: Descubre los misterios y datos fascinantes detrás de estos experimentos de física cuántica y sus implicaciones en la teoría cuántica.
Experimentos de Borrador Cuántico | Misterios, Datos e Ideas
La física cuántica es un campo lleno de fenómenos extraños y fascinantes que desafían nuestra intuición. Uno de los experimentos más intrigantes en este universo es el experimento de borrador cuántico. Este experimento examina cómo las elecciones de medición pueden influir en el comportamiento de las partículas a nivel atómico, incluso cuando esas elecciones se realizan después de que las partículas hayan pasado por el aparato de medición.
Antecedentes Teóricos
Para entender los experimentos de borrador cuántico, primero necesitamos familiarizarnos con algunos conceptos básicos de la mecánica cuántica. Uno de los experimentos fundamentales en este campo es el experimento de la doble rendija, realizado por primera vez por Thomas Young en 1801.
En el experimento de la doble rendija, se envían partículas (como electrones, fotones o átomos) hacia una barrera con dos rendijas. Si no se observa por cuál rendija pasa la partícula, en la pantalla detrás de la barrera se forma un patrón de interferencia característico de las ondas. Este resultado sugiere que cada partícula pasa a través de ambas rendijas simultáneamente, interfiriendo consigo misma.
Sin embargo, si se mide por cuál rendija pasa la partícula, el patrón de interferencia desaparece, y se observa un patrón correspondiente a partículas individuales. Esta interferencia sugiere que la misma partícula se comporta como una onda y una partícula dependiendo de la observación.
El Borrador Cuántico
El concepto de borrador cuántico fue introducido para explorar aún más la naturaleza de la dualidad onda-partícula y la importancia de la información cuántica. En los experimentos de borrador cuántico, se manipula la posibilidad de obtener o borrar la información sobre el recorrido de la partícula después de que esta haya pasado por las rendijas, para ver cómo esto afecta al patrón observado.
Un borrador cuántico típico requiere el uso de entrelazamiento cuántico. El entrelazamiento es un fenómeno donde dos partículas se correlacionan de tal manera que el estado de una (independientemente de la distancia) instantáneamente afecta al estado de la otra. Aquí es donde otras partículas entrelazadas (a menudo fotones) se usan para determinar o borrar la información del recorrido.
Diseños de Experimentos
El Experimento de Borrador de Delay-Choice
Uno de los diseños más conocidos es el borrador de delay-choice de John Wheeler. En este experimento, se envían fotones a través de una doble rendija hacia un espejo de semitransparencia, que los puede reflejar o permitirles pasar. Estos fotones se encuentran entrelazados con otros fotones denominados “hermanos”. Posteriormente, los fotones hermanos son enviados a un dispositivo que mide si han pasado por uno de los dos caminos posibles.
La clave está en que la decisión de medir o no el camino de los fotones hermanos se puede tomar después de que los fotones originales hayan pasado por las rendijas, lo cual parece desafiar la causalidad. Si la información del camino se borra, se restaura el patrón de interferencia, sugiriendo que los fotones se comportaron como ondas hasta ese punto. Pero si se mide el camino, se obtiene un patrón de partículas, como si los fotones nunca hubieran sido ondas.
- Implicaciones: Este diseño sugiere que la naturaleza ya sea de onda o de partícula de los fotones depende de decisiones tomadas en el futuro, un fenómeno conocido como “retrocausalidad”.
- Importancia: Estos experimentos profundizan en la comprensión del entrelazamiento cuántico y la naturaleza fundamental de la realidad cuántica, cuestionando nuestras concepciones clásicas de espacio y tiempo.
El Experimento de Kim et al.
Una variación notable del borrador cuántico es el experimento realizado por Yoon-Ho Kim y colaboradores en 1999. Aquí describimos brevemente el diseño:
- Un fotón inicial (fotón madre) es disparado hacia una doble rendija.
- Después de pasar por las rendijas, el fotón madre es dividido por una cristal no lineal en dos fotones entrelazados: fotón señal y fotón idler.
- El fotón señal va directamente a un detector de interferencia, mientras que el fotón idler es retrasado y enviado a uno de varios detectores que pueden o no registrar información sobre el recorrido.
- La correlación entre las detecciones de los fotones señal y idlers se analiza para observar si se muestra patrones de interferencia.
El asombroso resultado es que si se borra la información del recorrido del fotón idler, el fotón señal muestra un patrón de interferencia; si se mide la información del recorrido, no muestra ningún patrón de interferencia, nuevamente indicando la dualidad onda-partícula.
Estos resultados sugieren que la simple posibilidad de obtener información afecta el resultado de la medición, desafiando aún más nuestros conceptos clásicos de causa y efecto.