Los científicos descubren la «entropía» del entrelazamiento cuántico

En un estudio innovador, los científicos Bartosz Regula del Centro RIKEN de Computación Cuántica y Ludovico Lami de la Universidad de Amsterdam han demostrado una regla de entropía específica para el entrelazamiento cuántico.

Este descubrimiento, publicado recientemente en Nature Communications, podría remodelar nuestra comprensión de la mecánica cuántica y mejorar el desarrollo de tecnologías cuánticas.

El entrelazamiento cuántico es un fenómeno misterioso en el que las partículas se interconectan de tal manera que el estado de una partícula influye instantáneamente en otra, sea cual sea la distancia que las separe.

Esta característica es fundamental para el potencial de la computación cuántica, que ofrece grandes mejoras en comunicación, computación y criptografía.

Sin embargo, la explotación efectiva del entrelazamiento cuántico ha sido un enigma desafiante para los científicos.

Tradicionalmente, el concepto de entropía, que mide el desorden de un sistema, es un fundamento de la física clásica, particularmente en la comprensión de cómo los sistemas evolucionan con el tiempo.

Constituye la base de la segunda ley de la termodinámica, que establece que la entropía en un sistema tiende a aumentar, lo que lleva a la irreversibilidad de la mayoría de los procesos naturales.

Sin embargo, la aplicación de estos principios al ámbito cuántico ha demostrado ser compleja.

Los sistemas cuánticos, como el entrelazamiento, se comportan bajo reglas diferentes, lo que hace que la aplicación directa de conceptos clásicos como la entropía sea un desafío.

Investigaciones anteriores han luchado por encontrar una manera de hacer reversible la manipulación del entrelazamiento, similar a cómo se convierten el calor y el trabajo en la termodinámica clásica.

La investigación de Regula y Lami marca un avance significativo al demostrar que, bajo ciertas condiciones, es posible manipular reversiblemente el entrelazamiento cuántico. Lo lograron mediante el uso de transformaciones de entrelazamiento probabilístico, que solo tienen éxito algunas veces pero permiten una mayor flexibilidad en la conversión de sistemas cuánticos.

Sus hallazgos sugieren que existe una entropía única asociada al entrelazamiento cuántico que gobierna estas transformaciones, similar a la entropía clásica pero adaptada a las particularidades de la mecánica cuántica.

Esto introduce una forma más simple y unificada de comprender y manipular sistemas entrelazados, comparándolo con encontrar un nuevo conjunto de reglas para jugar un juego complejo.

Regula enfatizó la importancia de su trabajo, señalando que no sólo profundiza nuestra comprensión fundamental del entrelazamiento cuántico sino que también sienta las bases para avances prácticos en la tecnología cuántica.

Los investigadores esperan que este estudio conduzca a mejores estrategias para utilizar el entrelazamiento en la computación cuántica y más allá.

Por muy emocionantes que sean estos hallazgos, la búsqueda para comprender y explotar completamente el entrelazamiento cuántico continúa.

Investigaciones futuras explorarán si existen aún más formas de reversibilidad, potencialmente incluso en condiciones menos restrictivas que las utilizadas en este estudio.

Estos avances podrían revolucionar aún más nuestro enfoque de la computación cuántica y el campo más amplio de la mecánica cuántica.

Fuente: RIKEN.