Un equipo internacional de investigadores ha demostrado que las dos características peculiares del mundo cuántico, que antes se consideraban distintas, son diferentes manifestaciones de la misma cosa. El resultado se ha publicado el 19 de diciembre en Nature Communications.
Patrick Coles, Jedrzej Kaniewski y Stephanie Wehner hicieron el descubrimiento en el Centro de Tecnologías Cuánticas de la Universidad Nacional de Singapur. Descubrieron que la "dualidad onda-partícula" es simplemente el "principio de incertidumbre" disfrazado, reduciendo dos misterios a uno. "La conexión entre la incertidumbre y la dualidad onda-partícula viene a ser muy natural cuando consideramos preguntas acerca de qué información se puede obtener de un sistema. Nuestro resultado pone de manifiesto el poder de pensar acerca de la física desde la perspectiva de la información", dice Wehner, que ahora es profesor asociado en QuTech, de la Universidad Tecnológica de Delft, en los Países Bajos.
El descubrimiento profundiza nuestra comprensión de la física cuántica y podría aportarnos ideas para nuevas aplicaciones sobre la dualidad onda-partícula. La dualidad onda-partícula es la idea de que un objeto cuántico puede comportarse como una onda, pero que el comportamiento de las ondas desaparece si se intenta localizar el objeto. Esto es visto simplemente en el experimento de la doble rendija, donde las partículas individuales, unos electrones, fueron disparados uno a uno hacia una pantalla que contiene dos rendijas estrechas.
Las partículas se acumulan detrás de las rendijas no en dos montones como harían objetos clásicos, sino en un patrón de rayas, como era de esperar en las ondas interferentes. Al menos esto es lo que sucede hasta que sigilosamente echas un vistazo sobre qué rendija va a pasar una partícula, es hacer eso y el patrón de interferencia se desvanece. El principio de incertidumbre cuántica es la idea de que es imposible saber a la vez ciertos pares de cosas acerca de una partícula cuántica. Por ejemplo, conocer la posición de un átomo, precisa conocer la velocidad a la que se está moviendo. Es un límite en la cognoscibilidad fundamental de la naturaleza, no es una declaración sobre la habilidad de medición.
El nuevo trabajo muestra que lo que puedes aprender sobre una onda frente al comportamiento de una partícula de un sistema, está limitado exactamente de la misma manera. La dualidad onda-partícula y la incertidumbre han sido los conceptos fundamentales de la física cuántica desde principios de 1900. "Nos guiamos por una corazonada, sólo una corazonada, que debía tener una conexión", señala Coles, ahora becario postdoctoral en el Instituto de Computación Cuántica en Waterloo, Canadá. Es posible escribir ecuaciones que captan cuánto se puede aprender acerca de los pares de propiedades que se ven afectados por el principio de incertidumbre.
Coles, Kaniewski y Wehner son expertos en esas ecuaciones conocidas como ‘relaciones de incertidumbre entrópicas’, y descubrieron que todas las matemáticas utilizadas anteriormente para describir la dualidad onda-partícula podrían ser reformuladas en términos de estas relaciones.
"Fue como si hubiéramos descubierto la 'Piedra Rosetta' que conectaba dos idiomas distintos", añade Coles. "La literatura sobre la dualidad onda-partícula parecían jeroglíficos que ahora podíamos traducir a nuestra lengua nativa. Tuvimos varios momentos, cuando finalmente entendimos lo que se había hecho.” Debido a que las relaciones de incertidumbre entrópicas usadas para su traducción, también se han utilizado para demostrar la seguridad de la criptografía cuántica --esquemas para una comunicación segura utilizando partículas cuánticas--, los investigadores sugieren que el trabajo podría ayudar a inspirar nuevos protocolos de criptografía. En documentos anteriores, Wehner y colaboradores, encontraron conexiones entre el principio de incertidumbre y otra física denominada cuántica "no local" y la segunda ley de la termodinámica. El próximo objetivo tentador para los investigadores es pensar en cómo estas piezas encajan y qué panorama esboza acerca de cómo se construye la naturaleza.
"End of transmission".
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