El Principio de Incertidumbre de Heisenberg es uno de los pilares de la mecánica cuántica: es imposible medir algo sin ocasionar algún tipo de modificación en lo medido.
Por ejemplo, cualquier intento de medir la posición de una partícula cambiará su momentum.
Pero no importa. Es incorrecto, según indican algunos físicos de la Universidad de Toronto.
Esto tiene implicaciones importantes para la información cuántica y especialmente la criptografía cuántica, donde es fundamental la seguridad de ciertos protocolos.
Lee Rozema plantea el problema de la siguiente manera: “Diseñamos un aparto para medir una propiedad -la polarización- de un fotón individual. A continuación requeríamos medir qué tanto el aparato modificaba esa propiedad. Para hacerlo, requeríamos medir el fotón antes del aparato -pero esa medición causaría disturbios igualmente en el fotón.”
Para salir de este conocido problema, Rozema y sus colegas utilizaron una técnica conocida como “medición débil” en el cual el efecto del dispositivo de medición es muy débil como para ser medido. A continuación la forma en que trabaja:
Izquierda: medición débil de X ó Z; centro: medición fuerte para determinar Z; derecha: verificación de medida de X (crédito: L. Rozema et al.)
1. Antes que el fotón sea enviado al dispositivo de medición estándar, se miden dos formas de polarización, X y Z, débilmente, luego se mide la polarización de Z (fuertemente), y luego se mide la polarización de X (derecha), tomando nota del efecto de la medición de Z sobre la polarización X.
2. Se mide nuevamente, con la misma configuración, tomando nota de los resultados.
3. Se repite varias veces y se comparan las mediciones.
Resultado: la perturbación inducida por la medición de Z fue en realidad menor que la relación precisión-perturbación de Heisenberg requeriría (En realidad fue más complicado que eso -lee el documento adjunto para mayor detalle).
Este descubrimiento se suma a los recientes retos lanzados por científicos de todo el mundo al Principio de Heisenberg. En 2003, Masanao Ozawa de la Universidad de Nagoya, sugirió que el Principio de Incertidumbre de Heisenberg no aplicaba para la medición, pero sólo pudo sugerir mecanismos indirectos para confirmar sus predicciones. Una validación de su propuesta fue realizada el año pasado por Yuji Hasegawa y su equipo, en la Universidad de Tecnología de Viena.
En 2010, Austin Lund y Howard Wiseman, de la Universidad de Griffith, mostraron que las mediciones débiles podrían utilizarse para caracterizar el proceso de medición de un sistema cuántico. Sin embargo, aún habían obstáculos que sortear ya que su idea efectivamente requiere una computadora cuántica pequeña, extremadamente difícil de construir.
“En el pasado, hemos trabajado experimentalmente tanto en la implementación de la medición débil como en la utilización de una técnica llamada ‘estado grupal de computación cuántica’ para construir computadoras cuánticas. La combinación de estas dos ideas nos llevó a darnos cuenta que existía una manera de implementar las ideas de Lund y Wiseman en el laboratorio”, indicó Rozema.
“Los resultados obtenidos nos obligan a ajustar nuestra idea de qué límites coloca exactamente la mecánica cuántica a la medición. Estos límites son importantes para la mecánica cuántica fundamental y son centrales para el desarrollo de tecnología de criptografía cuántica, que descansa en el principio de incertidumbre para garantizar que ningún espía será detectado por la perturbación causada en su medición”.
“El mundo cuántico está aún lleno de incertidumbre, pero al menos nuestros intentos por conocerlo no tienen por qué incorporar tanta incertidumbre, como creíamos”.
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