Encuentran una manera de salvar de la muerte al gato de Schrödinger

El descubrimiento, que anula años de dogma fundamental en la física cuántica, permite a los investigadores configurar un sistema de alerta temprana para saltos cuánticos.

Un gato está encerrado en una caja opaca junto a un veneno, un martillo y un detector de radiación.

A partir de aquí, pueden ocurrir dos cosas: que el detector accione el mecanismo y que el veneno quede en aire, siendo inhalado por el gato, que morirá; o que el detector no capte nada y, por tanto, ni se accione el mecanismo ni se libere el gas tóxico.

Y hasta que no abramos la caja, el gato está vivo y muerto a la vez.

Este es el experimento del gato de Schrödinger, que intenta explicar la naturaleza de la física cuántica y su principio de superposición, en el que se pueden dar dos estados a la vez.

Aunque no es posible con los gatos, ya que no son sistemas cuánticos y en ellos rige la física clásica, permite hacernos una idea de lo que ocurre en el mundo subatómico, en el que hay interacciones que parecen ciencia ficción.

La determinación de que el gato esté vivo o muerto lo marca el momento en el que abrimos la caja.

Hasta entonces, la superposición de estados y la imprevisibilidad reinan dentro de ella.

Estas dos premisas han sido dogmas en la física cuántica.

Sin embargo, un experimento ha conseguido predecir qué pasará con el mítico gato, acabando con el segundo de los principios descritos y, además, pudiendo revertir el proceso.

La investigación, publicada en la edición online de la revista «Nature» y realizada en el laboratorio del profesor de Yale Michel Devoret y propuesto por el autor principal Zlatko Minev, afirma que el salto cuántico, que es el momento en el que se decide si el gato vive o muere, no es tan abrupto ni tan aleatorio como se pensaba hasta la fecha.

Para un objeto pequeño como un electrón, una molécula o un átomo artificial que contiene información cuántica (conocida como cúbit o bit cuántico), un salto cuántico es la transición repentina de uno de sus estados de energía discretos a otro.

En el desarrollo de las computadoras cuánticas, los investigadores deben tener en cuenta los saltos de los cúbits, que son las manifestaciones de los errores en los cálculos.

Los saltos cuánticos fueron teorizados por el físico danés Niels Bohr hace un siglo, pero no se observaron hasta la década de 1980 en los átomos.

«Estos saltos ocurren cada vez que medimos un cúbit, explica Devoret en un comunicado.

Se sabe que los saltos cuánticos son impredecibles a largo plazo.

A pesar de eso, queríamos saber si sería posible obtener una señal de advertencia anticipada de que un salto está a punto de ocurrir de manera inminente».

Minev observó que el experimento se inspiraba en una predicción teórica del profesor Howard Carmichael, de la Universidad de Auckland, pionero de la teoría de la trayectoria cuántica y coautor del estudio.

Además de su impacto fundamental, el descubrimiento es un gran avance potencial en la comprensión y el control de la información cuántica.

Los investigadores dicen que administrar de manera confiable los datos cuánticos y corregir los errores a medida que ocurren es un desafío clave en el desarrollo de computadoras cuánticas completamente útiles.

El equipo de Yale utilizó un enfoque especial para monitorizar indirectamente un átomo artificial superconductor, con tres generadores de microondas que irradian el átomo encerrado en una cavidad 3D hecha de aluminio.

El método de monitoreo doblemente indirecto, desarrollado por Minev para circuitos superconductores, permite a los investigadores observar el átomo con una eficiencia sin precedentes.

La radiación de microondas agita el átomo artificial a medida que se observa simultáneamente, dando como resultado saltos cuánticos.

La pequeña señal cuántica de estos saltos se puede amplificar sin perder la temperatura ambiente.

Aquí, su señal puede ser monitorizada en tiempo real.

Esto permitió a los investigadores ver una repentina ausencia de fotones de detección (fotones emitidos por un estado auxiliar del átomo excitado por las microondas).

Esta pequeña ausencia es la advertencia anticipada de un salto cuántico.

Los investigadores aplicaron dos señales de microondas especialmente afinadas.

Una señal suministra la cantidad justa de energía para que el átomo realice la transición entre el estado fundamental y el estado excitado, mientras que la otra señal mide indirectamente la energía del circuito durante esta transición.

Los detectores miden una señal de fotón parpadeante brillante (reflexiones del segundo pulso de microondas) cuando el átomo artificial está en el estado fundamental.

Cuando su átomo está en el estado excitado, los investigadores no observan destellos.

Los detectores sensibles pudieron medir cada fotón hasta que la señal se apagó, la señal de que la transición estaba a punto de ocurrir.

Cuando los investigadores enviaron otro pulso en el momento adecuado, pudieron detener e invertir la transición.

«El efecto mostrado por este experimento es el aumento de la coherencia durante el salto, a pesar de su observación», señala Devoret y Minev agrega:

«Puedes aprovechar esto para no solo atrapar el salto, sino también revertirlo».

Es decir, podría ser la base de un sistema para salvar al gato. O matarle a antojo.

Este es un punto crucial, aseguran los investigadores.

Mientras que los saltos cuánticos aparecen discretos y aleatorios a largo plazo, revertir un salto cuántico significa que la evolución del estado cuántico posee, en parte, un carácter determinista y no aleatorio.

El salto siempre se produce de la misma manera predecible desde su punto de inicio aleatorio.

«Los saltos cuánticos de un átomo son algo análogos a la erupción de un volcán, compara Minev.

Son completamente impredecibles a largo plazo.

Sin embargo, con la supervisión correcta podemos detectar con certeza una advertencia anticipada de un desastre inminente y actuar sobre ella antes de que haya ocurrido».

Es decir, que el gato viva al 100% y no al 50%.

Fuentes: ABC, Gizmodo