Científicos brasileños postulan las condiciones necesarias para maximizar el entrelazamiento cuántico

Se trata de un concepto fundamental de la física cuántica y una condición sine qua non para el éxito de la computación cuántica

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – El entrelazamiento es una propiedad de la física cuántica que se manifiesta cuando dos o más sistemas interactúan de manera tal que sus estados cuánticos no pueden describirse independientemente. En la terminología de la física cuántica, se dice que, en esas condiciones, los sistemas quedan “entrelazados”, es decir, fuertemente correlacionados. Dicha propiedad es de fundamental importancia para la concreción de la computación cuántica. Cuanto mayor es el entrelazamiento, más optimizado y eficiente es el ordenador cuántico.

En el marco de un estudio realizado en el Departamento de Física del Instituto de Geociencias y Ciencias Exactas de la Universidade Estadual Paulista (IGCE-Unesp), en su campus de la localidad de Rio Claro, en Brasil, se propuso un nuevo método para cuantificar el entrelazamiento, como así también las condiciones en las cuales se maximiza el entrelazamiento, con miras a optimizar la construcción de una computadora cuántica. Dicho trabajo salió publicado en formato letter [resumido] en el periódico Physical Review B.

En el estudio, los investigadores demostraron también que, en condiciones particulares, se produce la ruptura del teorema de Hellmann-Feynman de la física cuántica. Este teorema describe la dependencia de la energía propia del sistema con relación a un parámetro de control.

“Dicho de manera muy breve, planteamos un parámetro de Grüneisen cuántico en analogía con el parámetro de Grüneisen de la termodinámica, que aparece bastante en la literatura para explorar los puntos críticos a temperatura finita y en las cercanías de los puntos críticos cuánticos. En nuestra propuesta, el parámetro de Grüneisen cuántico cuantifica el entrelazamiento, es decir, la entropía de von Neumann, con relación a un parámetro de control que puede ser el campo magnético o la presión, por ejemplo”, comenta Valdeci Mariano de Souza, docente del IGCE-Unesp y coordinador del estudio, a la Agência FAPESP.

“Utilizando nuestra propuesta, demostramos que el entrelazamiento será maximizado en las cercanías de los puntos críticos cuánticos, y que se produce la ruptura del teorema de Hellmann-Feynman en el punto crítico”, añade el investigador. Además del aporte a la física fundamental, los resultados obtenidos pueden tener un impacto directo en el área de la computación cuántica.

De Souza recuerda que, en el año 1965, el químico Gordon Moore, cofundador de Intel, publicó un estudio en el cual demostró que la cantidad de transistores utilizados en los ordenadores convencionales se duplicaría cada dos años. Con los avances tecnológicos de los últimos años, quedó evidente que la capacidad de expansión de la computación clásica tenía sus días contados, y esto puso en marcha un gran esfuerzo de investigación con miras a volver factible la computación cuántica, encabezado por empresas gigantes del sector como Google e IBM.

“Mientras que en la computación convencional el procesamiento de información se vale del lenguaje binario, elaborado en términos de 0 y 1, la mecánica cuántica hace posible la llamada superposición de estados, lo que permite que la capacidad de procesamiento aumente significativamente. De allí el fuerte interés en el estudio de temas como el del entrelazamiento cuántico”, explica De Souza.

El estudio al que aquí se alude, propuesto e ideado por De Souza, contó con aportaciones importantes de su supervisado posdoctoral Lucas Squillante. Participaron los investigadores Antonio Seridonio (Unesp – Campus de Ilha Solteira), Roberto Lagos-Monaco (Unesp – Campus de Rio Claro), Luciano Ricco (University of Iceland, Islandia) y Aniekan Magnus Ukpong (University of KwaZulu-Natal, Sudáfrica).

Las investigaciones que desembocaron en la elaboración del artículo contaron con el apoyo de la FAPESP a través de los proyectos 11/22050-4 y 18/09413-0.

Puede accederse a la lectura del artículo intitulado Grüneisen parameter as an entanglement compass and the breakdown of the Hellmann-Feynman theorem en el siguiente enlace: journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.108.L140403.