Relojes cuánticos pondrán a prueba el principio de equivalencia exprés
La gravedad en nuestro mundo es el espacio-tiempo curvado. Así la describe la teoría de la relatividad general de Einstein. Pero, ¿qué ocurre con la gravedad a nivel de átomos y partículas, donde reina la mecánica cuántica? Esta pregunta lleva casi un siglo sin respuesta.
Uno de los pilares de la gravedad einsteiniana es el principio de equivalencia. Este sostiene que la gravedad es indistinguible de la aceleración. Una de sus partes, la invariancia posicional local, afirma que el resultado de cualquier experimento local no depende de dónde ni cuándo se realice. En el mundo clásico esto funciona. Pero, ¿funciona en el cuántico?
Los autores del nuevo trabajo han propuesto una prueba elegante. En su experimento mental, un par de relojes cuánticos (dispositivos que "tic-taquean" con precisión cuántica) interactúan a través de la gravedad. Si el principio de equivalencia se viola a nivel cuántico, los relojes se entrelazan: sus estados quedan inseparablemente vinculados. Es como dos bailarines que comienzan a moverse sincronizados sin verse, solo porque el suelo bajo ellos se deforma de manera diferente.
Los investigadores consideraron dos variantes del estado inicial de los relojes. En el primer caso, el entrelazamiento surge solo si la violación del principio es genuinamente cuántica. En el segundo, una violación clásica se manifestaría en la frecuencia de las oscilaciones del entrelazamiento. Este enfoque convierte a los relojes cuánticos en un detector de las propiedades fundamentales de la gravedad.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2607.19141
Whether the principles of general relativity extend to a quantum regime remains one of the open questions in modern physics. In classical general relativity, Einstein's equivalence principle underpins the interpretation of gravity as spacetime geometry. However, it is not known whether the principle remains valid when the source of gravity could be quantum. Here we show that gravity-induced entanglement (GIE) of quantum clocks provides a framework to characterize local position invariance (LPI) in such a regime, which constitutes one of the subprinciples of the equivalence principle. By adapting the existing formulation of quantum LPI to the context of GIE, we analyze two schemes that address complementary aspects of LPI and differ only in the choice of the initial clock state: one in which entanglement will be generated if and only if there is a genuinely quantum violation of LPI, and the other where classical-like LPI violation manifests in the frequency of entanglement oscillation. Our results suggest that GIE of quantum clocks offers an approach to investigating fundamental principles of general relativity in the quantum regime, shedding new light on the interplay between quantum mechanics and the theory of gravity.
El principio de equivalencia se ha puesto a prueba incluso en la Luna: en 1971, el astronauta David Scott dejó caer un martillo y una pluma, y ambos cayeron al mismo tiempo en el vacío.
En la novela "El problema de los tres cuerpos" de Liu Cixin, los extraterrestres utilizan el entrelazamiento cuántico para comunicarse instantáneamente, sorteando el límite de la velocidad de la luz, en cierta sintonía con la idea de una conexión gravitacional omnipresente.