Científicos miden la dimensión de los sistemas físicos

El Catedrático del departamento de Física Aplicada II de la Universidad de Sevilla, Adán Cabello Quintero, es autor, junto con tres investigadores de la Universidad de Estocolmo (Suecia), de uno de los experimentos para medir la dimensión de un sistema físico que publica en su edición on line la revista Nature Physics.

“La dimensión de un sistema físico determina su capacidad para almacenar, procesar y transmitir información; y es por eso que es importante saber cómo medirla de una forma eficiente”, explica Cabello, quien especifica que esta dimensión se refiere al número de estados del sistema que son perfectamente distinguibles.

Así, un interruptor que sólo puede estar en dos posiciones tiene dimensión 2, mientras que una partícula que puede estar en cualquier punto en una línea tiene dimensión infinita.

Saber cuál es la dimensión no es difícil cuando se sabe cómo se ha preparado el sistema pero no es sencillo cuando no se tiene conocimiento alguno sobre el mismo.

Por ello, los experimentos de este grupo de expertos dan una respuesta en una situación de ese tipo, detalla Cabello: “Hay una caja negra con botones y cada vez que apretamos un botón sale una partícula. Los resultados del experimento permiten saber la dimensión de las partículas sin saber cómo funciona la caja”.

Primeros experimentos de este tipo

Otra característica importante de este trabajo es que distinguen si las partículas que salen de la caja son clásicas o cuánticas. ¿Qué diferencia hay?

“En física clásica todos los estados son distinguibles -aclara el profesor -; y en física cuántica hay infinitos estados pero sólo es posible distinguir un número de ellos (la dimensión del sistema cuántico)"

"Nuestros experimentos distinguen si un sistema de, por ejemplo, dimensión 2 es clásico o cuántico. Si es cuántico, se obtienen resultados que son imposibles con un sistema clásico”, añade Cabello Quintero.

Nature Physics publica en el mismo número dos experimentos en los que se determina la dimensión de los fotones (partículas de luz) que salen de una caja negra.

El primero ha sido el realizado en la Universidad de Estocolmo en colaboración con la Universidad de Sevilla, mientras que el segundo se ha desarrollado en el Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona en colaboración con la Universidad de Bristol (Reino Unido).

El catedrático de la Universidad de Sevilla explica que la importancia de dichos artículos radica en que son los primeros experimentos de este tipo, aunque “habrá probablemente muchos más en el futuro”.

Referencia

Johan Ahrens, Piotr Badzig, Adán Cabello, Mohamed Bourennane. Experimental device-independent tests of classical and quantum dimensions. Nature Physics, 10 de junio de 2012. Doi:10.1038/nphys2333.