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Investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA-CSIC) han propuesto una nueva técnica para conseguir que dos sistemas cuánticos físicamente separados puedan entrelazarse. La técnica, fundamentada en teoría de los plasmones, es prometedora en ámbitos como la computación, la criptografía y la teleportación cuánticas.
El entrelazamiento cuántico es una propiedad predicha en 1935 por Einstein, Podolsky y Rosen en su formulación de la llamada paradoja EPR. Se trata de un fenómeno en el cual los estados cuánticos de dos o más objetos se deben describir haciendo referencia a los estados cuánticos de todos los objetos del sistema, incluso si los objetos están separados espacialmente.
Este fenómeno ha dado lugar en los últimos años a interesantes reflexiones en el campo de la física fundamental, así como a prometedoras aplicaciones en computación cuántica, criptografía cuántica y teleportación cuántica. Sin embargo, el entrelazamiento a largas distancias entre entes cuánticos continúa siendo aún un desafío científico clave. La ruta habitual para superar este problema ha sido la fotónica: el control de partículas de luz. Pero ahora investigadores de la UAM y de ICMA proponen una mejor alternativa: la plasmónica.
En su propuesta, publicada en la revista Physical Review Letters, un modo de plasmones de superficie actúa como agente mediador del entrelazamiento entre dos sistemas cuánticos situados en los bordes opuestos de una ranura hecha en una película de plata. A través del confinamiento de la luz en esa guía de onda plasmónica, una gran fracción de la radiación emitida por un sistema cuántico es capturada por el modo propio de la guía de onda y trasladada al otro sistema.
Plasmónica y plasmones
Los investigadores derivan expresiones analíticas para las partes coherentes e incoherentes de las interacciones. Una diferencia de fase adecuada entre esas dos componentes permite desconectar una de las dos contribuciones, al tiempo que maximiza la otra mediante la variación de la separación ente los sistemas. Esto permite una ruta plasmónica de entrelazamiento de los sistemas cuánticos en distancias más grandes que la longitud de onda de funcionamiento del dispositivo.
En física, un plasmón es un cuanto de oscilación del plasma electrónico de un conductor. El plasmón es la cuasipartícula resultado de la cuantización de las oscilaciones colectivas de las cargas eléctricas, de la misma forma que un fotón o un fonón son cuantizaciones de ondas electromagnéticas y mecánicas.
Por tanto, los plasmones son oscilaciones de la densidad del gas de Fermi de electrones libres, usualmente a frecuencias ópticas. También pueden interactuar con un fotón para crear una tercera cuasipartícula llamada polaritón plasmónico.
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Referencia de la publicación:
Entanglement of Two Qubits Mediated by One-Dimensional Plasmonic Waveguides, A. Gonzalez-Tudela, D. Martin-Cano, E. Moreno, L. Martin-Moreno, C. Tejedor y F. J. Garcia-Vidal, Phys. Rev. Lett., 106, 020501 (2011).
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