Por ScienceAlert

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Marcar el paso del tiempo en un mundo de relojes y péndulos es un simple caso de contar los segundos entre «entonces» y «ahora».

Sin embargo, en la escala cuántica del zumbido de los electrones, el «entonces» no siempre puede anticiparse. Y lo que es peor, el «ahora» a menudo se desdibuja en una bruma de incertidumbre. Un cronómetro no es suficiente para algunas situaciones.

Una posible solución podría encontrarse en la propia forma de la niebla cuántica, según investigadores de la Universidad de Uppsala (Suecia).

Sus experimentos sobre la naturaleza ondulatoria de algo llamado estado de Rydberg han revelado una nueva forma 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 de caricatura. De hecho, los láseres se utilizan habitualmente para hacer cosquillas a los electrones y llevarlos a estados de energía más altos para una variedad de usos.


En algunas aplicaciones, se puede utilizar un segundo láser para controlar los cambios en la posición del electrón, incluido el paso del tiempo. Estas técnicas de «bomba-sonda» pueden utilizarse, por ejemplo, para medir la velocidad de ciertos dispositivos electrónicos ultrarrápidos.

Inducir a los átomos a estados de Rydberg es un truco muy útil para los ingenieros, sobre todo a la hora de diseñar nuevos componentes para los ordenadores cuánticos. Ni que decir tiene que los físicos han acumulado una gran cantidad de información sobre el modo en que los electrones se mueven cuando se les empuja a un estado de Rydberg.

Sin embargo, al tratarse de animales cuánticos, sus movimientos no se parecen tanto a las cuentas que se deslizan en un diminuto ábaco, sino más bien a una velada en la ruleta, donde cada tirada y salto de la bola se exprime en un solo juego de azar.

El libro de reglas matemáticas que hay detrás de este salvaje juego de la ruleta de electrones de Rydberg se conoce como paquete de ondas de Rydberg.

Al igual que las olas reales en un estanque, tener más de un paquete de ondas de Rydberg ondeando en un espacio crea interferencias, dando lugar a patrones únicos de ondas. Si se lanzan suficientes paquetes de ondas de Rydberg en el mismo estanque atómico, cada uno de esos patrones únicos representará el tiempo que tardan los paquetes de ondas en evolucionar de acuerdo con los demás.

Los físicos que están detrás de este último conjunto de experimentos se propusieron probar estas mismas «huellas» del tiempo, demostrando que eran lo suficientemente consistentes y fiables como para servir como una forma de marca de tiempo cuántica.

Su investigación consistió en medir los resultados de los átomos de helio excitados por láser y cotejar sus hallazgos con las predicciones teóricas para demostrar cómo los resultados de sus firmas podrían mantenerse durante un tiempo.

«Si se utiliza un contador, hay que definir el cero. Empiezas a contar en algún momento», explicó a New Scientist la física Marta Berholts, de la Universidad de Uppsala (Suecia), que dirigió el equipo.

«La ventaja de esto es que no tienes que poner en marcha el reloj: sólo tienes que mirar la estructura de interferencia y decir ‘bien, han pasado 4 nanosegundos’».

Un libro guía de paquetes de ondas Rydberg en evolución podría utilizarse en combinación con otras formas de espectroscopia de sonda de bombeo que miden eventos en una escala diminuta, cuando ahora y entonces son menos claros, o simplemente demasiado inconvenientes para medir.

Lo más importante es que ninguna de las huellas requiere un antes y un ahora que sirva de punto de partida y de parada para el tiempo. Sería como medir la carrera de un velocista desconocido frente a una serie de competidores que corren a velocidades establecidas.

Al buscar la firma de los estados de Rydberg que interfieren en una muestra de átomos de la sonda de bombeo, los técnicos pudieron observar una marca de tiempo para eventos tan fugaces como sólo 1,7 trillonésimas de segundo.

Los futuros experimentos de relojería cuántica podrían sustituir el helio por otros átomos, o incluso utilizar impulsos láser de diferentes energías, para ampliar la guía de marcas de tiempo y adaptarla a una gama más amplia de condiciones.

Esta investigación fue publicada en Physical Review Research.

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