Investigadores controlan el entrelazamiento cuántico y la coherencia mediante pulsos láser de attosegundos

01.04.2026

Imagen: Jurik Peter/Shutterstock.

• Investigadores del instituto IMDEA Nanociencia, la Universidad Autónoma de Madrid y el Instituto Max Born demuestran que el grado de entrelazamiento cuántico entre un ion molecular de hidrógeno y un fotoelectrón puede controlarse mediante un estímulo externo.
• Entrelazamiento y coherencia son complementarios: el desfase entre un par de pulsos de attosegundos modifica el grado de entrelazamiento a costa de la coherencia cuántica.
• Este trabajo abre el camino para manipular las coherencias y el entrelazamiento en otros sistemas más complejos.

Tweet

Instance: Share

Press release download

Madrid, 1 de abril, 2026. Los investigadores están ampliando los límites de cómo entendemos y controlamos la materia en su nivel más fundamental. En el centro de este esfuerzo se encuentra la mecánica cuántica, una teoría que describe un mundo donde las partículas pueden existir en múltiples estados al mismo tiempo y permanecer conectadas mediante el entrelazamiento cuántico. Estos efectos son especialmente difíciles de observar y controlar, ya que son frágiles y se pierden al interactuar con el entorno. Ahora, los científicos han logrado controlar el entrelazamiento cuántico entre electrones e iones moleculares en la escala temporal natural del movimiento electrónico: el attosegundo.

En un nuevo estudio, investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid, el Instituto Max Born y el Instituto IMDEA Nanociencia han demostrado una forma de controlar el entrelazamiento cuántico en la escala de los attosegundos. Utilizando una secuencia cuidadosamente sincronizada de dos pulsos láser de attosegundos combinados con un pulso infrarrojo ligeramente más largo, lograron ionizar moléculas de hidrógeno y seguir la dinámica del sistema resultante: un ion molecular y un electrón liberado. Ajustando con precisión el retraso entre los pulsos, el equipo pudo regular el grado de entrelazamiento cuántico entre estos dos sistemas.

La coherencia describe hasta qué punto los sistemas muestran interferencias de tipo ondulatorio, mientras que el entrelazamiento conecta pares de sistemas, de modo que, medir uno proporciona información inmediata sobre el otro. El profesor Fernando Martín, autor principal del estudio, explica: “Descubrimos que las propiedades de coherencia y entrelazamiento son complementarias: al aumentar el entrelazamiento, tiende a disminuir la coherencia, y viceversa”. El profesor Marc Vrakking añade: “Podemos pasar de un régimen a otro simplemente cambiando el tiempo entre los pulsos láser”. Este trabajo demuestra la importancia de considerar adecuadamente el entrelazamiento para observar de forma óptima las coherencias electrónicas en experimentos de attosegundos.

Este estudio revela un aspecto fundamental del comportamiento cuántico. Más allá de su relevancia científica, también podría tener importantes implicaciones para tecnologías emergentes. Los resultados sugieren nuevas formas de potenciar o, si se desea, suprimir el entrelazamiento cuántico en sistemas moleculares, una capacidad que podría apoyar el desarrollo continuo de tecnologías de información cuántica. Por ejemplo, la computación cuántica depende de estados entrelazados (qubits) que son muy frágiles y fácilmente perturbados por el ruido del entorno. Las estrategias actuales suelen centrarse en corregir errores después de que ocurren. En cambio, esta investigación apuntaría a un nuevo enfoque: controlar activamente los estados cuánticos para preservar o incluso restaurar el entrelazamiento en tiempo real. Aunque todavía se trata de una aplicación muy lejana, la capacidad de manipular la coherencia y el entrelazamiento en escalas de tiempo ultrarrápidas podría abrir nuevas vías para estabilizar los sistemas cuánticos.

Los pulsos de attosegundos, consistentes en radiación ultravioleta extrema con energías de fotón que exceden las energías de enlace de cualquier compuesto concebible (átomo, molécula, líquido o sólido), conducen a la fotoionización y a la formación de un sistema bipartito: un ion y un fotoelectrón; la fotoionización a menudo crea iones y fotoelectrones entrelazados, lo que implica que la función de onda no puede escribirse como un único producto de las funciones de onda del ion y del fotoelectrón. El objetivo de este trabajo fue la observación del movimiento ultrarrápido del hueco dejado atrás en la molécula de hidrógeno tras la salida del electrón, cuya observación requiere la existencia de coherencias electrónicas en el ion molecular residual, lo que significa que el electrón restante en el ion no puede asignarse a un estado cuántico específico. El experimento y los cálculos determinaron en qué lado de la molécula permanecía este hueco al final del experimento, cuando el ion H₂⁺ se disoció en un átomo neutro de H (que contiene el único electrón ligado restante) y un ion H⁺ (que contiene el hueco dejado por el fotoelectrón), y también mostraron que la capacidad de observar la dinámica del hueco o, de manera equivalente, la dinámica electrónica coherente en el ion H₂⁺ depende del retraso entre el par de pulsos de attosegundos que ionizan la molécula neutra de H₂, lo que a su vez modifica el grado de entrelazamiento entre el ion H₂⁺ y el fotoelectrón. Al variar el retraso entre el par de pulsos de attosegundos y el pulso infrarrojo, se observó una oscilación en la posición en la que el hueco se localizaba preferentemente al final del experimento, cuya amplitud, es decir, el grado de coherencia, depende del retraso entre los dos pulsos de attosegundos; la facilidad para observar la localización del hueco es inversamente proporcional al grado de entrelazamiento y viceversa, y el entrelazamiento en el sistema formado por el par ion + fotoelectrón es casi siempre a expensas de las coherencias electrónicas en el ion molecular restante, permitiendo así controlarlas simplemente variando el retraso entre los pulsos.

Curiosamente, el estudio tiende un puente entre dos áreas de la física que recientemente recibieron premios Nobel, que rara vez se conectan. En 2022, Alain Aspect, John F. Clauser y Anton Zeilinger recibieron el Premio Nobel “por experimentos con fotones entrelazados, estableciendo la violación de las desigualdades de Bell y siendo pioneros en la ciencia de la información cuántica”. Posteriormente, en 2023, Pierre Agostini, Anne L’Huillier y Ferenc Krausz recibieron el Premio Nobel “por métodos experimentales que generan pulsos de luz de attosegundos para el estudio de la dinámica de electrones en la materia”. A primera vista, estos dos premios Nobel tienen poco en común: uno reconoció trabajos pioneros sobre el entrelazamiento cuántico, mientras que el otro honró el desarrollo de pulsos láser de attosegundos para observar la dinámica electrónica. Al combinar estos campos, esta investigación pone de relieve cómo la ciencia de attosegundos puede utilizarse no solo para observar, sino también para controlar sistemas cuánticos entrelazados.

El estudio ha sido publicado en la prestigiosa revista Nature, y es el resultado de la colaboración entre investigadores en el instituto IMDEA Nanociencia, la Universidad Autónoma en Madrid, y el Instituto Max Born en Berlin. El trabajo ha sido cofinanciado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades a través del proyecto del Plan Plan Estatal de Investigación (PID2022-138288NB-C31) y la acreditación Excelencia Severo Ochoa a IMDEA Nanociencia (CEX2020-001039-S).

Glosario:

• Entrelazamiento cuántico: fenómeno por el cual dos partículas que han interactuado en algún momento del pasado conservan un recuerdo de dicha interacción hasta tal punto que actuar sobre una de ellas tiene una influencia medible en las propiedades de la otra, incluso aunque ambas hayan dejado de interactuar y se encuentren separadas a una distancia tal que la comunicación entre ellas ya no sea posible. El entrelazamiento es muy frágil y se pierde al interactuar con el entorno. El uso del entrelazamiento cuántico en la comunicación y la computación es un área activa de investigación y desarrollo.
• Coherencia cuántica: la capacidad de las partículas cuánticas de existir simultáneamente en múltiples estados (superposición) mientras mantienen una relación de fase fija, lo que les permite mostrar interferencias de tipo ondulatorio. Al igual que el entrelazamiento, la coherencia es muy frágil y se pierde al interactuar con el entorno.
• Attosegundo: unidad de tiempo equivalente a 10^-18 segundos, una milmillonésima de milmillonésima de segundo. Para ponerlo en perspectiva, un electrón que "se mueve" alrededor de un átomo de hidrógeno tarda unos 100 attosegundos en completar una vuelta alrededor del núcleo.

Referencia:

Lisa-M. Koll, Adrián J. Suñer-Rubio, Tobias Witting, Roger Y. Bello, Alicia Palacios, Fernando Martín, and Marc J. J. Vrakking. "Control of quantum entanglement and electronic coherence in attosecond molecular photoionization". Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10230-2

Contacto:

Fernando Martín
Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.Modelling Physical Properties of Nanostructures Group
https://nanociencia.imdea.org/fernando-martin-s-group/group-home

Oficina de Divulgación y Comunicación en IMDEA Nanociencia
divulgacion.nanociencia [at]imdea.org
  

Fuente: IMDEA Nanociencia.

El Instituto IMDEA Nanociencia es un centro de investigación interdisciplinar en Madrid dedicado a la exploración de la nanociencia y el desarrollo de aplicaciones de la nanotecnología en relación con industrias innovadoras. IMDEA Nanociencia es un centro de Excelencia Severo Ochoa desde 2017, máximo reconocimiento a la excelencia investigadora a nivel nacional.