Marcar el paso del tiempo en un mundo de relojes que hacen tictac y péndulos oscilantes es un simple caso de contar los segundos entre ‘entonces’ y ‘ahora’. Sin embargo, en la escala cuántica del zumbido de los electrones, “entonces” no siempre se puede anticipar. Peor aún, el ‘ahora’ a menudo se desvanece en una neblina de incertidumbre. Un cronómetro simplemente no es suficiente para algunos escenarios.
Se podría encontrar una solución potencial en la forma misma de la niebla cuántica, según investigadores de la Universidad de Uppsala en Suecia. Sus experimentos sobre la naturaleza ondulatoria de algo llamado estado de Rydberg han revelado una forma novedosa de medir el tiempo que no requiere un punto de partida preciso.
Los átomos de Rydberg son los globos sobreinflados del reino de las partículas. Inflados con láseres en lugar de aire, estos átomos contienen electrones en estados de energía extremadamente altos, orbitando lejos del núcleo.
Por supuesto, no todas las bombas de un láser necesitan inflar un átomo hasta proporciones caricaturescas. De hecho, los láseres se utilizan habitualmente para hacer cosquillas a los electrones en estados de mayor energía para una variedad de usos.
En algunas aplicaciones, 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.
Inducir átomos en estados de Rydberg es un truco útil para los ingenieros, sobre todo cuando se trata de diseñar componentes novedosos para computadoras cuánticas. No hace falta decir que los físicos han acumulado una cantidad significativa de información sobre la forma en que los electrones se mueven cuando se les empuja a un estado de Rydberg.
Sin embargo, 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 salvaje de la ruleta electrónica de Rydberg se conoce como un paquete de ondas de Rydberg.
Al igual que las ondas reales en un estanque, tener más de un paquete de ondas Rydberg ondeando en un espacio crea interferencia, lo que da como resultado patrones únicos de ondas. Lance suficientes paquetes de ondas Rydberg en el mismo estanque atómico, y cada uno de esos patrones únicos representará el tiempo distinto que tardan los paquetes de ondas en evolucionar de acuerdo con los demás.
Fueron estas mismas “huellas dactilares” de tiempo las que los físicos detrás de este último conjunto de experimentos se propusieron probar, demostrando 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.
“Si estás usando un contador, tienes que definir cero. Empiezas a contar en algún momento”, explicó a New Scientist la física Marta Berholts de la Universidad de Uppsala en Suecia, quien dirigió el equipo.
“El beneficio de esto es que no tienes que poner en marcha el reloj, solo miras la estructura de interferencia y dices ‘está bien, han pasado 4 nanosegundos'”.
Se podría usar una guía de paquetes de ondas de Rydberg en evolución en combinación con otras formas de espectroscopia de sonda de bomba que miden eventos en una pequeña escala, cuando de vez en cuando son menos claros o simplemente demasiado inconvenientes para medir. Es importante destacar que ninguna de las huellas dactilares requiere un entonces y un ahora para servir como punto de partida y parada en el tiempo. Sería como medir la carrera de un velocista desconocido contra varios competidores que corren a velocidades establecidas.
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 vigilancia cuántica podrían reemplazar el helio con otros átomos, o incluso usar pulsos láser de diferentes energías, para ampliar la guía de marcas de tiempo para adaptarse a una gama más amplia de condiciones.
Esta investigación fue publicada en Physical Review Research.
Fuente: Science Alert.
