La interferencia cuántica es uno de los principios más desafiantes de la teoría cuántica. Esencialmente, el concepto establece que las partículas elementales no solo pueden estar en más de un lugar en un momento dado (a través de la superposición), sino que una partícula individual, como un fotón (partículas de luz) puede cruzar su propia trayectoria e interferir con la dirección. de su camino.
El debate sobre si la luz es esencialmente partículas u ondas se remonta a más de trescientos años. En el siglo XVII, Isaac Newton proclamó que la luz consistía en una corriente de partículas; a principios del siglo XIX, Thomas Young ideó el experimento de la doble rendija para demostrar que consistía en ondas. Aunque las implicaciones del experimento de Young son difíciles de aceptar, ha proporcionado pruebas fiables de interferencia cuántica a través de ensayos repetidos. El célebre físico Richard Feynman afirmó que los fundamentos de la mecánica cuántica podrían captarse a partir de una exploración del experimento de la doble rendija.
Para esta variación del experimento de Young, un haz de luz apunta a una barrera con dos rendijas verticales. La luz pasa a través de las rendijas y el patrón resultante se registra en una placa fotográfica. Si se cubre una rendija, el patrón es el que se esperaría: una sola línea de luz, alineada con la rendija abierta. Intuitivamente, uno esperaría que si ambas rendijas están abiertas, el patrón de luz reflejará ese hecho: dos líneas de luz, alineadas con las rendijas. De hecho, sin embargo, lo que sucede es que la placa fotográfica está completamente separada en múltiples líneas de claridad y oscuridad en diversos grados. Lo que se ilustra con este resultado es que se está produciendo una interferencia entre las ondas / partículas que atraviesan las rendijas, en lo que, aparentemente, deberían ser dos trayectorias que no se cruzan.
Esperaríamos que si el haz de fotones se ralentiza lo suficiente como para asegurar que los fotones individuales están golpeando la placa, no podría haber interferencia y el patrón de luz sería de dos líneas de luz, alineadas con las rendijas. De hecho, sin embargo, el patrón resultante todavía indica interferencia, lo que significa que, de alguna manera, las partículas individuales están interfiriendo consigo mismas. Esto parece imposible: esperamos que un solo fotón pase por una rendija u otra y termine en una de las dos posibles áreas de líneas de luz. Pero eso no es lo que pasa. Como concluyó Feynman, cada fotón no solo atraviesa ambas rendijas, sino que atraviesa simultáneamente todas las trayectorias posibles en ruta hacia el objetivo, no solo en teoría, sino de hecho.
Para ver cómo podría ocurrir esto, los experimentos se han centrado en rastrear las trayectorias de los fotones individuales. Lo que sucede en este caso es que la medición de alguna manera interrumpe las trayectorias de los fotones (de acuerdo con el principio de incertidumbre de la teoría cuántica) y, de alguna manera, los resultados del experimento se convierten en lo que predeciría la física clásica: dos líneas brillantes en la fotografía. placa, alineada con las ranuras de la barrera. Sin embargo, cese el intento de medir y el patrón volverá a convertirse en múltiples líneas en distintos grados de claridad y oscuridad.
La investigación de la interferencia cuántica se está aplicando en un número creciente de aplicaciones, como el dispositivo superconductor de interferencia cuántica (SQUID), la criptografía cuántica y la computación cuántica.