Un equipo de investigación de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) en Corea del Sur ha demostrado con éxito la creación experimental de entrelazamiento cuántico colectivo basado en estados oscuros, un modelo teórico que antes era inalcanzable. Los resultados de la investigación se publicaron en línea en Nature Communications.

A diferencia de los estados brillantes, los estados oscuros son altamente resistentes a las perturbaciones externas y tienen una vida útil significativamente más larga, lo que los convierte en candidatos prometedores para tecnologías cuánticas de próxima generación, como memorias cuánticas y sensores ultrasensibles.

El equipo, dirigido por el profesor Je-Hyung Kim del Departamento de Física de UNIST, en colaboración con el Dr. Changhyoup Lee del Instituto Coreano de Investigación de Estándares y Ciencia (KRISS) y el Dr. Jin Dong Song del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST), logró inducir de manera controlable el entrelazamiento colectivo basado en estados oscuros. Notablemente, la vida útil de este entrelazamiento fue aproximadamente 600 veces más larga que la de los estados brillantes tradicionales.

El entrelazamiento cuántico entre múltiples partículas indistinguibles generalmente se manifiesta como estados brillantes u oscuros. Los estados oscuros se caracterizan por una emisión de luz casi completamente invisible, lo que permite que el entrelazamiento persista durante mucho tiempo.

Aunque esta propiedad de protección tiene un gran potencial para el almacenamiento y la transmisión de información cuántica, crear y mantener estados oscuros ha sido durante mucho tiempo un gran desafío experimental.

Los investigadores superaron estos obstáculos empleando nanocavidades con tasas de pérdida cuidadosamente ajustadas, equilibrando la fuerza de acoplamiento entre los puntos cuánticos y la disipación de la cavidad.

El Dr. KyuYoung Kim, primer autor del estudio, explicó: «Cuando la pérdida de la cavidad es demasiado alta, los puntos cuánticos actúan de forma independiente, sin influirse mutuamente. Por el contrario, si el acoplamiento es lo suficientemente fuerte, se forman estados de entrelazamiento colectivo que resisten las perturbaciones externas».

En el experimento, el equipo observó que el entrelazamiento en el estado oscuro podía durar hasta 36 nanosegundos, aproximadamente 600 veces más que los típicos 62 picosegundos del estado brillante. Además, detectaron fenómenos como el agrupamiento de fotones no clásico, proporcionando evidencia directa de la formación del estado oscuro.

Aunque tales estados normalmente suprimen la emisión de fotones, bajo condiciones específicas, los puntos cuánticos entrelazados emiten fotones simultáneamente, mostrando las propiedades únicas del estado oscuro.

El profesor Kim comentó: «La realización experimental del entrelazamiento en estado oscuro, que antes era solo teórico, demuestra que, diseñando cuidadosamente las pérdidas, podemos mantener las correlaciones cuánticas durante mucho tiempo. Esto abre nuevas vías para el almacenamiento de información cuántica, sensores de alta precisión y tecnologías de recolección de energía basadas en principios cuánticos».