Un equipo de científicos descubrió que una ley que controla el extraño comportamiento de los agujeros negros en el espacio también es válida para los átomos de helio frío que se pueden estudiar en los laboratorios.
"Se llama una ley de área de entrelazamiento", dice Adrian Del Maestro, físico de la Universidad de Vermont que codirigió la investigación. Que esta ley aparece tanto en la gran escala del espacio exterior como en la pequeña escala de átomos,"es raro", dice Del Maestro, "y apunta a una comprensión más profunda de la realidad".
El nuevo estudio fue publicado el 13 de marzo en la revista Física de la naturaleza - y puede ser un paso hacia una teoría cuántica de la gravedad largamente buscada y nuevos avances en computación cuántica.
en la superficie
En la década de 1970, los famosos físicos Stephen Hawking y Jacob Bekenstein descubrieron algo extraño sobre los agujeros negros. Calcularon que cuando la materia cae en uno de estos agujeros sin fondo en el espacio, la cantidad de información que engulle, lo que los científicos llaman su entropía,- aumenta solo tan rápido como aumenta su área de superficie, no su volumen. Esto sería como medir cuántos archivos hay en un archivador en función del área de superficie del cajón en lugar de la profundidad del cajón. Como ocurre con muchos aspectos defísica moderna, verifique su sentido común en la puerta.
"Hemos encontrado que se cumple el mismo tipo de ley para la información cuántica en el helio superfluido", dice Del Maestro. Para hacer su descubrimiento, Del Maestro de UVM y tres colegas de la Universidad de Waterloo en Canadá crearon por primera vez una simulación exacta delLa física del helio extremadamente frío después de que se transforma de un gas en una forma de materia llamada superfluido: por debajo de aproximadamente dos grados Kelvin, los átomos de helio, que exhiben la naturaleza de onda / partícula dual que descubrieron Max Planck y otros, quedan atrapados juntos de manera quelos átomos individuales no pueden describirse independientemente unos de otros, sino que forman una danza cooperativa que los científicos llaman entrelazado cuántico.
Utilizando dos supercomputadoras, los científicos exploraron las interacciones de sesenta y cuatro átomos de helio en un superfluido. Descubrieron que la cantidad de información cuántica entrelazada se compartía entre dos regiones de un contenedor: una esfera del helio dividida del contenedor más grande- estaba determinado por el área de la superficie de la esfera y no por su volumen. Al igual que un holograma, parece que un volumen tridimensional del espacio está completamente codificado en su superficie bidimensional. Al igual que un agujero negro.
Esta idea se había adivinado a partir de un principio en física llamado "localidad", pero nunca antes se había observado en un experimento. Al usar una simulación numérica completa de todos los atributos del helio, los científicos, por primera vez,capaz de demostrar la existencia de la ley del área de entrelazamiento en un líquido cuántico real.
"El helio superfluido podría convertirse en un recurso importante, el combustible, para una nueva generación de computadoras cuánticas", dice Del Maestro, cuyo trabajo es respaldado por la National Science Foundation. Pero para aprovechar su enorme potencial de procesamiento de información,él dice, "tenemos que entender más profundamente cómo funciona"
Barrio fantasmagórico
En la década de 1920, Albert Einstein se refirió famosa y escépticamente al enredo como "acción espeluznante a distancia". Desde ese momento, numerosos experimentos de laboratorio y teóricos han demostrado que el enredo es real. En lugar de desafiar el máximo del universolímite de velocidad, la velocidad de la luz, lo que parece enredarse cada vez más es que nuestra comprensión a escala macro humana de la distancia y el tiempo en sí puede ser ilusoria. Un par de partículas enredadas pueden tener una comunicación cuántica, que parece "saber"el estado de los demás al instante a través de millas. Pero esta intuición mezcla nuestra visión clásica de la realidad con una realidad cuántica más profunda en la que una forma de información - entropía de enredo - se" deslocaliza ", se extiende en un sistema, con millones deposibles estados, o "superposiciones", que solo se arreglan por la acción de medir considere el gato de Schrödinger, tanto vivo como muerto.
"El entrelazamiento es información no clásica compartida entre partes de un estado cuántico", señala Del Maestro. Es "el rasgo característico de la mecánica cuántica que es más extraño a nuestra realidad clásica".
Poder comprender, y mucho menos controlar, el entrelazamiento cuántico en sistemas complejos con muchas partículas ha resultado difícil. La observación de una ley de área de entrelazamiento en este nuevo experimento apunta hacia líquidos cuánticos, como el helio superfluido, como un posible medio para comenzar aentrelazamiento maestro. Por ejemplo, el nuevo estudio revela que la densidad del helio superfluido regula la cantidad de enredo. Eso sugiere que los experimentos de laboratorio y, eventualmente, las computadoras cuánticas podrían manipular la densidad de un líquido cuántico como una "perilla posible".Maestro dice, para regular el enredo.
Gravedad de caza
Y esta nueva investigación tiene implicaciones para algunos problemas fundamentales en física. Hasta ahora, el estudio de la gravedad ha desafiado en gran medida los esfuerzos para ponerlo bajo el paraguas de la mecánica cuántica, pero los teóricos continúan buscando conexiones ". Nuestra teoría clásica de la gravedadse basa en conocer exactamente la forma o la geometría del espacio-tiempo ", dice Del Maestro, pero la mecánica cuántica requiere incertidumbre acerca de esta forma. Una parte del puente entre estos puede formarse por la contribución de este nuevo estudio al" principio holográfico ": elafirmación exótica de que todo el universo tridimensional podría entenderse como información bidimensional, ya sea un gigantesco agujero negro o un charco microscópico de helio superfluido.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Vermont . Original escrito por Joshua E. Brown. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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