El entrelazamiento cuántico se prolonga entre las partículas secundarias que se desprenden de los cimientos de la materia, un descubrimiento que abre nuevas expectativas para la física nuclear y para la computación clásica inspirada en la cuántica.
Profundizando en el mundo de la física de partículas, un equipo de científicos de la Universidad de Stony Brook y del Laboratorio Nacional de Brookhaven ha logrado un avance significativo en la comprensión del entrelazamiento cuántico secundario entre quarks, gracias a simulaciones cuánticas innovadoras.
Este descubrimiento no solo arroja luz sobre cómo los quarks, que son los bloques de construcción fundamentales de la materia, interactúan entre sí, sino que también abre nuevas posibilidades para el avance de la computación clásica inspirada en la cuántica, entre otras posibles aplicaciones.
Partículas secundarias
Los quarks son partículas elementales que forman los protones y neutrones dentro de los núcleos atómicos. Debido a un fenómeno conocido como confinamiento, los quarks no se pueden detectar directamente.
En cambio, se observan a través de las partículas secundarias en las que se fragmentan después de colisiones de alta energía.
Estas colisiones producen «jets» de quarks, antiquarks o gluones que se mueven frenéticamente a través del vacío cuántico, el estado de energía más bajo posible en el espacio, que en realidad nunca está vacío.
Entrelazamiento secundario
El entrelazamiento cuántico es una propiedad peculiar de la mecánica cuántica mediante la cual las partículas se conectan de tal manera que el estado de una partícula puede depender instantáneamente del estado de otra, sin importar la distancia que las separe.
En este estudio, los científicos han utilizado simulaciones cuánticas para demostrar que los quarks producidos en colisiones de alta energía retienen el misterioso entrelazamiento en las partículas que se forman después de que se desintegran, y que este enredo secundario es persistente, al menos en distancias cortas, en el seno del vacío cuántico. Metafóricamente, es como decir que el entrelazamiento cuántico se hereda de padres a hijos (al menos durante una generación).
Este hallazgo es crucial porque proporciona una base para probar estas predicciones en experimentos de física nuclear en el Colisionador Relativista de Iones Pesados (RHIC) del Laboratorio Brookhaven, en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del laboratorio europeo CERN y en el futuro Colisionador de Iones-Electrones (EIC), ahora en la etapa de diseño en Brookhaven.
Los protagonistas de este hallazgo. De izquierda a derecha: Kwang Min Yu, Adrien Florio y Dmitri Kharzeev. / Kevin Coughlin/Brookhaven National Laboratory.
Computación clásica inspirada en la cuántica
Además, este hallazgo, que utiliza código cuántico ejecutado en una supercomputadora clásica, ofrece información sobre formas de modernizar y aprovechar los activos informáticos existentes para ejecutar cálculos cuánticos hasta que aparezcan computadoras cuánticas más asequibles.
La computación clásica (basada en bits) inspirada en la cuántica (inspirada en cúbits) se basa en aplicar los principios de la mecánica cuántica para procesar información.
La computación cuántica ya complementa las capacidades de la computación clásica, por ejemplo, en simulaciones moleculares de alta velocidad y precisión, búsquedas más eficientes en motores como Google, algoritmos de criptografía avanzados y mejoras significativas en inteligencia artificial y aprendizaje automático.
Al incorporar el entrelazamiento cuántico secundario a este universo, simulado en los cúbits propios de la mecánica cuántica, la nueva investigación potencia el complemento que la computación cuántica puede ejercer sobre la computación clásica.
Llegando al código cuántico
Y hay otra derivada de este descubrimiento: con el estudio de los quarks entrelazados a través de sus partículas secundarias y su impacto en el vacío cuántico, los científicos están un paso más cerca de descifrar el código cuántico que rige el universo a nivel subatómico: los principios fundamentales de la mecánica cuántica que gobiernan el comportamiento de las partículas en el mundo subatómico. Todavía no comprendemos bien y nos sorprenden con cada descubrimiento.
Referencia
Real-Time Nonperturbative Dynamics of Jet Production in Schwinger Model: Quantum Entanglement and Vacuum Modification. Adrien Florio et al. Phys. Rev. Lett. 131, 021902; 13 July 2023. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.021902
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