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El efecto Quantum Zeno permite la conmutación 'sin interacción'
El efecto zeno cuántico es una de las consecuencias más extrañas y fascinantes de la mecánica cuántica. Ofrece una forma sorprendente y contradictoria de controlar los sistemas cuánticos que están cambiando de un estado a otro.
Eso suena útil, pero la capacidad de aprovechar el efecto zeno cuántico ha eludido hasta ahora a los físicos. Ahora, Yu-Ping Huang y sus amigos de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois, dicen que han descubierto cómo usar el efecto zeno cuántico para hacer un cambio libre de interacción.
Primero, un poco más sobre el efecto en sí. Imagine un fotón en el estado 0 que tiene cierta probabilidad de decaer al estado 1. Ahora realice una serie de mediciones periódicas del fotón. Entre las mediciones, el fotón evoluciona a un estado de superposición 0 y 1 y una medición lo hará colapsar en uno u otro de estos.
Sin embargo, si el tiempo entre las mediciones es pequeño, las posibilidades de que se colapse para formar un 1 son menores que las posibilidades de que se convierta en un 0. Y si las mediciones periódicas se realizan con la suficiente rapidez, la probabilidad de que una medición produzca un 1 tiende a a cero.
En efecto, el proceso de medición repetida evita que el fotón decaiga de 0 a 1. Ese es el efecto zeno cuántico, a veces también llamado efecto de olla vigilada nunca hierve.
Ahora Huang y compañía han ideado un plan que aprovecha este efecto para crear un interruptor. La idea básica es tomar una onda de señal en el estado 0 que decaerá o evolucionará a 1 cuando la pase a través de una guía de ondas no lineal.
Sin embargo, Huang y sus amigos señalan que medir la onda evitará esta evolución. Dicen que pueden realizar esta medición haciendo que la onda de señal interactúe con otra onda de control.
Entonces, la presencia de la onda de control mantiene la onda de señal en un estado 0, mientras que la ausencia de las ondas de control hace que la onda de señal cambie a 1. Y eso es todo: un interruptor totalmente óptico que no tiene interacción porque es la ausencia de la onda de control que causa el cambio.
El potencial de este dispositivo es interesante porque ofrece una serie de ventajas importantes sobre los conmutadores totalmente ópticos convencionales. En primer lugar, este tipo de conmutador debe funcionar a una potencia extremadamente baja, ya que no hay pérdida de señal asociada con el proceso de conmutación. Eso está en marcado contraste con otros tipos de conmutación donde las pérdidas ópticas son una limitación importante del rendimiento de la conmutación.
En segundo lugar, se conserva el estado cuántico de la onda de señal. Eso es un gran problema. Si este tipo de conmutador funciona en la práctica, podría convertirse en el corazón de los enrutadores cuánticos que harán posible una especie de Internet cuántico.
Sin embargo, aún son los primeros días. Hasta ahora, Huang y compañía han investigado las propiedades de su dispositivo solo en teoría y otros están pisándoles los talones y posiblemente por delante de ellos.
Lo que es seguro es que es probable que escuchemos mucho más sobre los interruptores zeno. El trabajo de este equipo está siendo financiado por un proyecto llamado programa de optoelectrónica basada en Zeno creado por la Agencia de Proyectos Avanzados de Defensa. Este documento es uno de los primeros en publicar ese programa. Los dispositivos reales no deberían quedarse atrás.
Ref: arxiv.org/abs/1008.2408 : Conmutación totalmente óptica sin interacción a través del efecto Quantum-Zeno