Los estados cuánticos entrelazados poseen aspectos extraños. En este experimento, unos fotones entrelazados son teletransportados dentro del laboratorio.

Einstein lo llamó 'efecto fantasmal a distancia'. Ahora, investigadores financiados por la NASA, están usando un asombroso fenómeno de la mecánica cuántica, llamado *entanglement, para perfeccionar los relojes atómicos, la forma mas precisa de medir el tiempo. Los relojes sincronizados de esta forma, podrían ser 1000 veces más precisos que los actuales.

Esta mejora podría beneficiar a pilotos, granjeros, exploradores, y a todos aquellos que usan el sistema GPS (Sistema de Posicionamiento Global). Cada uno de los mas de 24 satélites GPS, lleva en su interior cuatro relojes atómicos. Los receptores GPS, utilizan las señales temporales emitidas por los satélites, para calcular su posición.

La NASA, usa los relojes atómicos para la navegación. Los geólogos, los usan para monitorear la deriva de los continentes, y los cambios en la rotación de La Tierra.| Los físicos, los usan para verificar las teorías de la gravedad. Un reloj atómico entrelazado, podría tener suficiente precisión, como para verificar la constante de la estructura fina, una de las constantes fundamentales de la física.La habilidad de medir el tiempo con elevadísima precisión, es una herramienta incalculable para la investigación científica y la tecnología, dijo Alex Kuzmich, físico del Instituto de Tecnología de Georgia.

A través de sus oficinas de Investigaciones Biológicas y Físicas, NASA recientemente otorgo un premio a Kuzmich y sus colegas, como apoyo a sus investigaciones. Hace 10 años, que Kuzmich está estudiando los estados cuánticos entrelazados, y recientemente, se ha enfocado en su aplicación a los relojes atómicos.

Partículas entrelazadas

A Einstein nunca le agradó el entrelazado de partículas. Ello parece contradecir un principio central de la teoría de la relatividad: nada (incluida la información), puede viajar mas rápido que la luz. En mecánica cuántica, todas las fuerzas de la naturaleza se basan en el intercambio de partículas, por ejemplo los fotones, estas partículas deben respetar el limite de la velocidad de la luz en el vacío. No puede haber efectos instantáneos.

Medir un parámetro de una particular entrelazada, afecta instantáneamente las propiedades de la otra. Imagen por Patrick L. Barry.

Pero, dos partículas entrelazadas, parecen influenciarse instantáneamente, ya sea que estén en la misma habitación o en lugares opuestos del universo. El entrelazado cuántico, ocurre cuando dos partículas interactúan de tal modo, que sus estados quánticos se confunden. De ahí en más, es imposible describir cada partícula en forma independiente, por más alejadas que estén.

Dos partículas entrelazadas, a menudo presentan valores opuestos de una propiedad -- por ejemplo --, si una tiene espín hacia “arriba”, la otra debería tener espín hacia “abajo”. Supongamos que usted mide una de las partículas, y al hacerlo, vuelca su espín hacia arriba. Esto causará que la otra partícula vuelque su espín hacia abajo. El solo hecho de medir, afectó a la otra partícula instantáneamente, aunque se encuentre a un millón de millas de distancia.

Mientras los físicos y los filósofos, luchan con las implicaciones para la causalidad y la estructura del Universo, algunos físicos se ocupan de poner al EPR a trabajar, en aplicaciones como el tele transporte de átomos y la criptografía cuántica (supuestamente inviolable).

Los láseres son un componente clave de los relojes atómicos, ya sean estándar o entrelazados. Clic aquí para mas información.

Los relojes atómicos también saldrán beneficiados: entrelazar los átomos, reduce la incertidumbre inherente del sistema., dice Kuzmich.En el corazón de cada reloj atómico, reposa una nube de átomos, generalmente, cesio o rubidio. La resonancia natural de estos átomos, hace el papel de péndulo. Un rayo láser atraviesa la nube, y cuenta las oscilaciones, usándolas para medir el tiempo.

El mejor reloj atómico de que disponemos actualmente, tiene una precisión de uno en 10¹⁵, explica Kuzmich. Esto permitiría medir un intervalo de 30 millones de años, con un error no mayor de un segundo.La precisión de un reloj atómico, depende de pocas cosas, entre ellas, del numero de átomos utilizados. Mientras mas átomos, mejor. En un reloj atómico estándar, la precisión es proporcional a la raíz cuadrada del número de átomos utilizados. De este modo, cuadriplicando el número de átomos, solo se consigue duplicar la precisión. Mientras que, en un reloj atómico entrelazado, la precisión es proporcional al numero de átomos. Entonces, cuatro veces mas átomos, significan un reloj cuatro veces mas preciso.

Usando un gran numero de átomos, seria posible construir un reloj atómico entrelazado, con una precisión de una parte en 10¹⁸, relata Kuzmich. Esto permitiría, medir un intervalo de 10¹⁸ segundos, con un error no mayor de un segundo.Kuzmich piensa usar el mismo láser del reloj atómico, para conseguir el entrelazado de partículas.

El profesor de física del Instituto de Tecnología de Georgia, Alex Kuzmich.

Nosotros medimos la fase del láser que atraviesa la nube de átomos, pero si la frecuencia del láser se elige apropiadamente, la interacción con el mismo, hace que los átomos entrelacen sus estados cuánticos. O, como diría un físico, el efectuar una medición cuántica no destructiva (QND), prepara un estado de espines entrelazados, relata Kuzmich.

Qué tan pronto se podrá construir un reloj atómico entrelazado, es difícil de predecir, más aún, cuando una hipotética nueva generación de satélites GPS, estarían equipados con ellos, advierte Kuzmich. Las investigaciones aún están en la etapa de demostración del principio. Para construir un prototipo que funcione, es probable que falten varios años.

Pero, gracias a investigaciones como esta, disponer de mejores relojes atómicos para la ciencia y la tecnología, es solo cuestión de tiempo.

N.del T.: El “entaglement”, se conoce en español como “no localidad”, “estados cuánticos entrelazados” o paradoja EPR (Einstein Podolski Rosen).