Marcar el paso del tiempo en un mundo de relojes que hacen tictac y p\u00e9ndulos oscilantes es un simple caso de contar los segundos entre ‘entonces’ y ‘ahora’. Sin embargo, en la escala cu\u00e1ntica del zumbido de los electrones, “entonces” no siempre se puede anticipar. Peor a\u00fan, el ‘ahora’ a menudo se desvanece en una neblina de incertidumbre. Un cron\u00f3metro simplemente no es suficiente para algunos escenarios.<\/p>\n\n\n\n
Se podr\u00eda encontrar una soluci\u00f3n potencial en la forma misma de la niebla cu\u00e1ntica, seg\u00fan 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.<\/p>\n\n\n\n
Los \u00e1tomos de Rydberg son los globos sobreinflados del reino de las part\u00edculas. Inflados con l\u00e1seres en lugar de aire, estos \u00e1tomos contienen electrones en estados de energ\u00eda extremadamente altos, orbitando lejos del n\u00facleo.<\/p>\n\n\n\n
Por supuesto, no todas las bombas de un l\u00e1ser necesitan inflar un \u00e1tomo hasta proporciones caricaturescas. De hecho, los l\u00e1seres se utilizan habitualmente para hacer cosquillas a los electrones en estados de mayor energ\u00eda para una variedad de usos.<\/p>\n\n\n\n
En algunas aplicaciones, se puede usar un segundo l\u00e1ser para monitorear los cambios en la posici\u00f3n del electr\u00f3n, incluido el paso del tiempo. Estas t\u00e9cnicas de ‘bomba-sonda’ se pueden utilizar para medir la velocidad de ciertos dispositivos electr\u00f3nicos ultrarr\u00e1pidos, por ejemplo.<\/p>\n\n\n\n
Inducir \u00e1tomos en estados de Rydberg es un truco \u00fatil para los ingenieros, sobre todo cuando se trata de dise\u00f1ar componentes novedosos para computadoras cu\u00e1nticas. No hace falta decir que los f\u00edsicos han acumulado una cantidad significativa de informaci\u00f3n sobre la forma en que los electrones se mueven cuando se les empuja a un estado de Rydberg.<\/p>\n\n\n\n
Sin embargo, al ser animales cu\u00e1nticos, sus movimientos son menos como cuentas que se deslizan sobre un diminuto \u00e1baco, y m\u00e1s 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 matem\u00e1ticas detr\u00e1s de este juego salvaje de la ruleta electr\u00f3nica de Rydberg se conoce como un paquete de ondas de Rydberg.<\/p>\n\n\n\n
Al igual que las ondas reales en un estanque, tener m\u00e1s de un paquete de ondas Rydberg ondeando en un espacio crea interferencia, lo que da como resultado patrones \u00fanicos de ondas. Lance suficientes paquetes de ondas Rydberg en el mismo estanque at\u00f3mico, y cada uno de esos patrones \u00fanicos representar\u00e1 el tiempo distinto que tardan los paquetes de ondas en evolucionar de acuerdo con los dem\u00e1s.<\/p>\n\n\n\n
Fueron estas mismas “huellas dactilares” de tiempo las que los f\u00edsicos detr\u00e1s de este \u00faltimo conjunto de experimentos se propusieron probar, demostrando que eran lo suficientemente consistentes y confiables para servir como una forma de marca de tiempo cu\u00e1ntica. Su investigaci\u00f3n involucr\u00f3 la medici\u00f3n de los resultados de los \u00e1tomos de helio excitados por l\u00e1ser y la comparaci\u00f3n de sus hallazgos con las predicciones te\u00f3ricas para mostrar c\u00f3mo sus resultados caracter\u00edsticos podr\u00edan mantenerse durante un per\u00edodo de tiempo.<\/p>\n\n\n\n
“Si est\u00e1s usando un contador, tienes que definir cero. Empiezas a contar en alg\u00fan momento”, explic\u00f3 a New Scientist la f\u00edsica Marta Berholts de la Universidad de Uppsala en Suecia, quien dirigi\u00f3 el equipo.<\/p>\n\n\n\n
“El beneficio de esto es que no tienes que poner en marcha el reloj, solo miras la estructura de interferencia y dices ‘est\u00e1 bien, han pasado 4 nanosegundos'”.<\/p>\n\n\n\n
Se podr\u00eda usar una gu\u00eda de paquetes de ondas de Rydberg en evoluci\u00f3n en combinaci\u00f3n con otras formas de espectroscopia de sonda de bomba que miden eventos en una peque\u00f1a 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. Ser\u00eda como medir la carrera de un velocista desconocido contra varios competidores que corren a velocidades establecidas.<\/p>\n\n\n\n
Al buscar la firma de los estados de Rydberg que interfieren en medio de una muestra de \u00e1tomos de sonda de bombeo, los t\u00e9cnicos pudieron observar una marca de tiempo para eventos tan fugaces como solo 1,7 billon\u00e9simas de segundo. Los futuros experimentos de vigilancia cu\u00e1ntica podr\u00edan reemplazar el helio con otros \u00e1tomos, o incluso usar pulsos l\u00e1ser de diferentes energ\u00edas, para ampliar la gu\u00eda de marcas de tiempo para adaptarse a una gama m\u00e1s amplia de condiciones.<\/p>\n\n\n\n
Esta investigaci\u00f3n fue publicada en Physical Review Research<\/a>.<\/p>\n\n\n\n