Ciencia

Cómo las supercomputadoras nos ayudan a vincular el entrelazamiento cuántico con el café frío

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Los físicos teóricos del Trinity College de Dublín han encontrado un vínculo profundo entre una de las características más llamativas de la mecánica cuántica, el entrelazamiento cuántico, y la termalización, que es el proceso en el que algo entra en equilibrio térmico con su entorno. Un querido amigo, ingeniero en sistemas, nos comparte el presente artículo. Veamos de qué se trata…

 

Sus resultados se publicaron el viernes 31 de enero de 2020 en la prestigiosa revista Physical Review Letters.

Todos estamos familiarizados con la termalización: solo piense cómo su café alcanza la temperatura ambiente con el tiempo. El entrelazamiento cuántico, por otro lado, es una historia diferente.

Sin embargo, el trabajo realizado por Marlon Brenes, estudiante de doctorado y el profesor John Goold de Trinity, en colaboración con Silvia Pappalardi y el profesor Alessandro Silva en SISSA en Italia, muestran cómo los dos están inextricablemente vinculados.

Al comentar la importancia del descubrimiento, el profesor Goold, líder del grupo QuSys de Trinity, explica:

 

"El entrelazamiento cuántico es una característica contraintuitiva de la mecánica cuántica, que permite que las partículas que han interactuado entre sí en algún momento se correlacionen de una manera que no es posible en la física clásica. Las mediciones en una partícula afectan los resultados de las mediciones de la otra— incluso si están a años luz de distancia. Einstein llamó a este efecto "acción espeluznante a distancia".

 

"Resulta que el entrelazamiento  no sólo es espeluznante, sino que en realidad es omnipresente y, de hecho, lo que es aún más sorprendente es que vivimos en una era en la que la tecnología está comenzando a explotar esta característica para realizar hazañas que se creían imposibles sólo hace unos años. Estas tecnologías cuánticas se están desarrollando rápidamente en el sector privado con empresas como Google e IBM liderando la carrera ".

Pero, ¿qué tiene que ver todo esto con el café frío?

 

El profesor Goold explica: "Cuando preparas una taza de café y la dejas por un tiempo, se enfriará hasta que alcance la temperatura de su entorno. Esto es la termalización. En física decimos que el proceso es irreversible, como sabemos, nuestro café una vez caliente no se enfriará y luego por artes mágicas se calentará. La forma en que emerge la irreversibilidad y el comportamiento térmico en los sistemas físicos es algo que me fascina como científico, ya que se aplica en escalas tan pequeñas como átomos, tazas de café e incluso a la evolución del universo mismo. En física, la mecánica estadística es la teoría que tiene como objetivo comprender este proceso desde una perspectiva microscópica. Para los sistemas cuánticos, la aparición de la termalización es notoriamente complicada y es un foco central de esta investigación actual ".

Entonces, ¿qué tiene que ver todo esto con el entrelazamiento y qué dicen sus resultados?

"En la mecánica estadística hay varias formas diferentes, conocidas como conjuntos, en las que se puede describir cómo se termaliza un sistema, todo lo cual se considera equivalente cuando se tiene un sistema grande (aproximadamente en escalas de 10 ^ 23 átomos). Sin embargo , lo que mostramos en nuestro trabajo es que no sólo el entrelazado  está presente en el proceso, sino que su estructura es muy diferente según la forma en que elija describir su sistema, por lo que nos brinda una forma de evaluar las preguntas fundamentales en mecánica estadística. La idea es general y puede aplicarse a una gama de sistemas tan pequeños como unos pocos átomos y tan grandes como agujeros negros ".

 

Marlon Brenes, candidato a doctor en Trinity y primer autor del artículo, utilizó supercomputadoras para simular sistemas cuánticos para probar la idea.

Brenes, un especialista en modelaje numérico, dijo: "Las simulaciones numéricas que realicé para este proyecto están en el límite de lo que se puede lograr actualmente en el nivel más alto con computación de alto rendimiento. Para ejecutar el código utilicé las instalaciones nacionales del ICHEC y la nueva maquina KAY. Entonces, además de tener un excelente resultado esencial  para la investigación, el trabajo nos ayudó a superar los límites de este tipo de enfoque computacional y dejar establecido que nuestros códigos y la arquitectura están funcionando como un proyecto de vanguardia con el mayor avance a nivel mundial".

 

 

Fuente:

https://www.tcd.ie/news_events/articles/how-supercomputers-are-helping-us-link-quantum-entanglement-to-cold-coffee/

 

 

 

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