En nuestro mundo cotidiano, medir el tiempo es una tarea simple y fácil, basta con contar los segundos entre dos puntos de referencia. Sin embargo, en el mundo cuántico, esta tarea se complica, debido a que el «entonces» no siempre se puede anticipar y el «ahora» se desvanece en una bruma de vaguedad. Es por ello que investigadores de la Universidad de Uppsala en Suecia propusieron una solución potencial que se basa en la forma misma de la niebla cuántica.
Los experimentos sobre la naturaleza ondulatoria de algo llamado estado de Rydberg revelaron una forma novedosa de medir el tiempo que no requiere un punto de partida preciso. Los átomos de Rydberg son inflados con láseres, lo que hace que contengan electrones en estados de energía extremadamente altos, orbitando lejos del núcleo. Se puede usar un segundo láser para monitorear los cambios en la posición del electrón, incluido el paso del tiempo. Estas técnicas de ‘bomba-sonda’ se pueden utilizar para medir la velocidad de ciertos dispositivos electrónicos ultrarrápidos, por ejemplo.
Salto cuántico en la medición del tiempo
Al ser animales cuánticos, sus movimientos son menos como cuentas que se deslizan sobre un diminuto ábaco, y más como una velada en la mesa de la ruleta, donde cada rodar y saltar de la bola se comprime en un solo juego de azar. El libro de reglas matemáticas detrás de este juego se conoce como un paquete de ondas de Rydberg. Al igual que las ondas reales, tener más de un paquete de ondas Rydberg ondeando en un espacio crea interferencia, lo que da como resultado patrones únicos de ondas.
Fueron estas mismas «huellas digitales» del tiempo las que los físicos detrás de este conjunto de experimentos se propusieron probar. De esa manera demostraron que eran lo suficientemente consistentes y confiables para servir como una forma de marca de tiempo cuántica. Su investigación involucró la medición de los resultados de los átomos de helio excitados por láser y la comparación de sus hallazgos con las predicciones teóricas para mostrar cómo sus resultados característicos podrían mantenerse durante un período de tiempo.
El beneficio de esta técnica es que no se necesita un punto de partida preciso para medir el tiempo. Al buscar la firma de los estados de Rydberg que interfieren en medio de una muestra de átomos de sonda de bombeo, los técnicos pudieron observar una marca de tiempo para eventos tan fugaces como solo 1,7 billonésimas de segundo.
Los futuros experimentos de relojes cuánticos podrían reemplazar el helio con otros átomos. Incluso usar pulsos láser de diferentes energías, para ampliar la guía de marcas de tiempo para adaptarse a una gama más amplia de condiciones.
Conclusión
En resumen, los científicos han encontrado una forma innovadora de medir el tiempo en el mundo cuántico. Esto resulta en una solución potencial que no requiere un punto de partida preciso. Esta técnica de medición de tiempo se basa en la forma misma de la niebla cuántica y los estados de Rydberg. El desarrollo de esta técnica abre la puerta a avances significativos en áreas como la computación cuántica, la comunicación cuántica y la metrología cuántica. La capacidad de medir el tiempo con mayor precisión en el mundo cuántico puede ayudar a desarrollar algoritmos más avanzados en la computación cuántica. Este avance podría tener implicaciones significativas en áreas como la criptografía, la simulación de sistemas complejos y la optimización de procesos.
Referencias:
Quantum watch and its intrinsic proof of accuracy: https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.4.043041
