Crean fotones que existen simultáneamente en 37 dimensiones cuánticas

Un experimento internacional demuestra uno de los comportamientos más no clásicos observados hasta ahora en la luz y abre nuevas vías para el desarrollo de la computación cuántica.

Un equipo internacional de científicos ha logrado producir partículas de luz, conocidas como fotones, que solo pueden describirse completamente utilizando 37 dimensiones distintas. El hallazgo, publicado en la revista Science Advances, supone uno de los resultados más extremos observados hasta la fecha en el ámbito de la física cuántica y desafía las concepciones clásicas sobre cómo se comporta la realidad a escalas microscópicas.

Mientras los seres humanos perciben el mundo en tres dimensiones espaciales, más una cuarta asociada al tiempo, estos fotones presentan un estado cuántico de tan alta complejidad que requiere 37 parámetros independientes para ser descrito. Según los investigadores, este comportamiento no tiene equivalente en la física clásica y pone de manifiesto hasta qué punto la mecánica cuántica sigue revelando fenómenos inesperados.

“Este experimento muestra que la física cuántica es más no clásica de lo que muchos pensábamos”, afirma Zheng-Hao Liu, investigador de la Universidad Técnica de Dinamarca y coautor del estudio. “Podría ser que, cien años después de su descubrimiento, todavía estemos viendo solo la punta del iceberg”, añade.

El trabajo se basa en una versión simplificada de la paradoja de Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ), un fenómeno teórico descrito en 1989 que pone en evidencia las contradicciones entre la física clásica y la cuántica. Esta paradoja demuestra que, bajo ciertas condiciones, las partículas cuánticas generan resultados matemáticamente imposibles si se asume que solo están influenciadas por su entorno inmediato.

Para llevar a cabo el experimento, el equipo desarrolló un método innovador basado en grafos matemáticos, que les permitió construir estas paradojas GHZ con el menor número posible de contextos de medición. En física cuántica, un contexto es el conjunto de propiedades que deben medirse simultáneamente para describir un sistema. Cuantos menos contextos se necesitan para observar una paradoja, más fuerte es la evidencia de un comportamiento no clásico.

Los investigadores utilizaron luz coherente y un procesador fotónico especializado para manipular los fotones y reproducir todas las probabilidades de medición asociadas a estados cuánticos de alta dimensionalidad. Según los autores, el resultado representa “los efectos más no clásicos jamás creados en sistemas fotónicos”.

Más allá del interés fundamental, el descubrimiento tiene importantes implicaciones prácticas. Los científicos consideran que esta técnica experimental podría convertirse en una herramienta clave para estudiar otras correlaciones cuánticas extremas y, a largo plazo, contribuir al desarrollo de ordenadores cuánticos más potentes. En estos sistemas, la capacidad de explotar comportamientos no clásicos permitiría realizar un número muy elevado de operaciones simultáneas, superando con creces las posibilidades de la computación tradicional.

El estudio también refuerza la idea de que, en el mundo cuántico, las propiedades de las partículas no están definidas hasta que se miden, una característica que llevó a Albert Einstein a describir el entrelazamiento cuántico como una “acción fantasmal a distancia”. Según los autores, comprender mejor estas correlaciones extremas será esencial para avanzar tanto en la teoría como en las aplicaciones tecnológicas de la física cuántica.