Dos partículas anuncian que se entienden en la distancia

Un grupo de investigadores de la Universidad Ludwig-Maximilians de Munich y el Instituto Max Planck para óptica cuántica de Garching ha conseguido el entrelazamiento cuántico de dos átomos a 20 metros de distancia y ha logrado que esos átomos anuncien su enlace. Este fenómeno, por el que dos o más partículas se comunican como si estuviesen conectadas por un hilo invisible, sería como si dos monedas cayesen siempre del mismo lado al ser lanzadas simultáneamente en lugares diferentes.

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Reproducción artística del experimento. / W. ROSENFELD

Además de tener importantes implicaciones desde el punto de vista teórico, el fenómeno puede ser utilizado para el envío de información encriptada. En Suiza, por ejemplo, ya ha sido utilizado para transmitir de manera segura los resultados electorales o para comunicaciones bancarias. En un artículo que se publica hoy en Science, el equipo dirigido por Julian Hofmanncuenta como lograron reproducir este entrelazamiento con algunas mejoras que facilitarán sus aplicaciones prácticas.

Una de las características interesantes del entrelazamiento observado por los investigadores alemanes es que fue “anunciado” por los propios átomos. Esta señal “es esencial para poder construir aplicaciones como un repetidor cuántico, porque en otros tipos de entrelazamiento, para saber si se han producido, es necesario comprobarlos en cada ocasión individual y eso los destruye”, explicaWenjamin Rosenfeld, investigador de la Universidad Ludwig-Maximilians.

Luz amplificada

Además, el estudio relata un enlace entre átomos, cuando normalmente las partículas que entran en este baile sincronizado cuántico son fotones. “Las máquinas que se utilizan ahora para la criptografía cuántica y transmiten la información a través de fibra óptica, tienen un alcance limitado porque la luz (compuesta por fotones) no puede ser amplificada sin perder las características que hacen que la información que se transmite a través de ella sea segura”, explica el investigador del Instituto de Física Fundamental Juan José García-Ripoll. “Los amplificadores, como los que hacen que la voz pueda transmitirse entre dos teléfonos a miles de kilómetros de distancia, echarían a perder ese estado físico imperturbado de los fotones que es precisamente lo que los hace válidos para transmitir información con seguridad”, añade.

Los fotones, que no tienen masa y escapan continuamente a la velocidad de la luz, son muy difíciles de capturar y mantener en una caja a modo de repetidor. De ahí el interés de los átomos de rubidio utilizados en el experimento. La solidez de los átomos permitiría construir un repetidor cuántico a través de múltiples entrelazamientos  que permitirían así incrementar las distancias a las que se puede enviar la información encriptada. Rosenfeld considera que este avance podría estar en uso dentro de diez años.

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REFERENCIA

DOI: 10.1126/science.1221856 -- http://esmateria.com/

Fundamentos Físicos de la Informática. Teoría de redes.

DETERMINACION DE LA PERMITIVIDAD DEL AIRE USANDO UN CONDENSADOR

(1) Objetivo:

Determinar el coeficiente dieléctrico del aire a partir del estudio de la capacidad de un condensador plano-paralelo.

(2) Metodología:

El tipo de condensador más frecuente se compon de dos láminas conductoras paralelas y separadas por una distancia que es pequeña comparada con las dimensiones lineales de las láminas. Prácticamente, todo el campo de este condensador está localizado en el espacio comprendido entre las láminas. Hay una ligera dispersión del campo hacia el exterior, pero se hace relativamente menor a medida que disminuye la separación de las láminas. Si las láminas están suficientemente próximas, la dispersión puede despreciarse, el campo entre las láminas es uniforme, y las cargas de éstas están uniformemente repartidas sobre sus superficies opuestas. Este dispositivo se denomina condensador de láminas paralelas o simplemente, condensador plano.

Supongamos en primer lugar que tenemos el condensador plano en el vacío. Y las siguientes formulas teóricas relacionadas.

Se ha demostrado que la intensidad del campo eléctrico entre un par de láminas paralelas muy próximas y en el vacío es: ( 1 )

Siendo S el área de las láminas y q la carga de cada una. Puesto que la intensidad del campo eléctrico o gradiente del potencial es uniforme entre las láminas, la diferencia de potencial entre ellas será: ( 2 )

Siendo d la separación de las láminas. Por consiguiente, la capacidad de un condensador plano en el vacío es:

( 3 )

Utilizando unidades del Sistema Internacional, S se expresa en metros cuadrados, y d en metros. La capacidad C resultará entonces en faradios. Si despejamos el valor de se obtiene: ( 4 )

Expresándose el valor de ε0 en F/m

Relación de formulas:

=> y=mx+n ; y = C ; m= < xS ---- =m / S ; x = 1 / d

(3) Datos experimentales:

Utilizaremos un condensador de placas plano paralelas cuya distancia entre placas podemos variar.
Determinaremos el diámetro de la placa D y calcularemos la superficie de la misma.
Variaremos la distancia entre las placas en intervalos de 2 mm hasta obtener quince parejas de datos.

Si observamos la ecuación (3) podemos ver que existe una relación lineal entre la capacidad del condensador y la inversa de la distancia entre placas. Con lo cual realizando un ajuste por mínimos cuadrados entre estas dos variables obtendremos un valor de la pendiente que se relaciona con la permitividad del aire a través de la expresión

Para ello construiremos una tabla con tres columnas donde recogeremos C, d y 1/d.
Realizaremos el ajuste por mínimos cuadrados y si observamos la expresión (3) vemos que C será la ordenada o "y", y 1/d será la abcisa o "x". A partir de la ecuación (5) obtendremos el valor de y su error correspondiente.

(4) Resultados :

Hemos realizado un ajuste por mínimos cuadrados entre la variable " C " y la variable "1/d", que ha dado los siguientes resultados:

Resultados del ajuste por mínimos cuadrados

Pendiente( m ) = 4’4558329794 x 10^-1 Error ( m ) = 3,4556426991x 10^-3

Ordenado (n) = 2,2765905229
Error ( n ) = 4,1666518002 x 10^-1

Correlación = 9’9960928631 x 10^-1

Con el diámetro del condensador, calculamos el valor aceptado de la superficie

D = 25’6 cm => D=0’256 ± 0’001 m

S= (π/4) x D2

S = 0’053093 m2

Con la siguiente expresión calculamos el valor aceptado

= m / S = 8’393 x 10^-12

El error absoluto que acompaña al valor aceptado lo calculamos aplicando la teoría de errores:

Error()= 0’007 x 10^-12

RESULTADO FINAL

Permitividad del Aire = (8’393 ± 0’007) x 10^-12

(5) Gráfica

Física, Circuitos RC.

Un circuito RC está compuesto por una resistencia y un condensador. En dichos circuitos la corriente fluye en una dirección, como en un circuito de cc, pero a diferencia de éstos, la corriente varía con el tiempo.

CASO 1: Proceso de carga del condensador, inicialmente descargado, cuando sus terminales se conectan en serie con un resistencia y una batería.

CASO 2: Proceso de descarga del condensador, inicialmente cargado, cuando sus terminales se conectan en serie con un resistencia. Ambos procesos viene definidos por un tiempo característico τ = RC.

CARGA DEL CONDENSADOR

Cerramos el interruptor S, y entonces comenzará a circular una corriente I, hasta que el condensador C, esté cargado completamente. Despejando la carga, obtenemos finalmente: La rapidez con que se carga el condensador viene caracterizada por el producto RC. Este producto tiene dimensiones de tiempo y se conoce como constante de tiempo del circuito τ = RC Si τ es grande → el condensador se carga lentamente. Si τ es pequeño → el condensador se carga rápidamente. Es muy importante tener en cuenta que un condensador cargado en un circuito se comporta como circuito abiert.

DESCARGA DEL CONDENSADOR

En t =0 el condensador está cargado, con carga q0. Al cerrar el interruptor, existe una caída de potencial entre los extremos de la resistencia debido a la corriente inicial y el condensador empieza a descargarse. Determinemos como varia la carga en el condensador y la corriente que circula por el circuito. Es muy importante tener en cuenta que un condensador descargado en un circuito se comporta como cortocircuito.