El famoso experimento mental sobre el gato en la caja del físico austriaco Erwin Schrödinger es una ilustración de una de las características definitorias de la mecánica cuántica: el comportamiento impredecible de las partículas a nivel cuántico.
Hace que trabajar con sistemas cuánticos sea increíblemente difícil; pero ¿y si pudiéramos hacer predicciones cuánticas? Un equipo de físicos cree que es posible.
En un estudio publicado el año pasado, demostraron su capacidad para predecir algo llamado salto cuántico e incluso revertir el proceso una vez que comenzó.
Dijeron que "salvaron" al gato de Schrödinger.
Pero primero, un repaso rápido sobre quién es el gato de Schrödinger. El físico imaginó el escenario así: hay un gato, en una caja cerrada.
También en la caja hay una fuente de descomposición radiactiva, un contador Geiger y un frasco sellado de veneno. Si el contador Geiger detecta la desintegración radiactiva de un solo átomo, destruye el matraz venenoso, que mata al gato.
No hay forma de mirar dentro, así que no puedes saber si el gato está vivo o muerto. Existe en un estado de ambos hasta que abras la caja.
En el instante en que lo haces, es inmediatamente uno u otro, completamente al azar, y ya no puede ser ambos al mismo tiempo.
Toda esta configuración imaginaria es una metáfora de algo llamado superposición cuántica, por el cual una partícula (como un átomo, un electrón o un fotón) puede existir en múltiples estados de energía al mismo tiempo, hasta el punto en el que lo observas.
Una vez que se observa, su transición repentina y aleatoria entre estados de energía se conoce como un salto cuántico.
Y es este salto que los físicos ahora han sido capaces no solo de predecir, sino también de manipular, cambiando deliberadamente el resultado.
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| Según este ejercicio figurativo, el gato está vivo y muerto a la vez mientras no sea observado |
Los investigadores, liderados por un equipo de la Universidad de Yale, lo hicieron utilizando átomos artificiales llamados qubits, que también se utilizan como unidades básicas de información en una computadora cuántica.
Cada vez que mides un qubit, realiza un salto cuántico. Estos son impredecibles a largo plazo, lo que puede causar problemas en la computación cuántica.
"Queríamos saber si sería posible recibir una señal de advertencia anticipada de que un salto está a punto de ocurrir inminentemente", dijo el físico Zlatko Minev de la Universidad de Yale.
El equipo diseñó un experimento para observar indirectamente un qubit superconductor, utilizando tres generadores de microondas para irradiar el qubit en un recinto 3D sellado de aluminio.
Esta radiación de microondas cambia el qubit entre estados de energía, mientras que otro haz de radiación de microondas monitorea la caja.
Cuando el qubit está en un estado fundamental, el haz de microondas produce fotones. Una ausencia repentina de fotones significa que el qubit está a punto de hacer un salto cuántico a un estado excitado.
La investigación mostró que no se trataba tanto de un salto como de una transición; no un simple movimiento de un interruptor, sino el deslizamiento de una palanca, tal vez.
Por lo tanto, otro pulso de radiación perfectamente sincronizado puede revertir el salto cuántico después de que se ha detectado, enviando el qubit a su estado fundamental; o, para apoyarse en la metáfora del gato de Schrödinger, evitar que el gato muera (excitado) y devolverlo a la vida (suelo).
Todavía hay una imprevisibilidad a largo plazo; los investigadores no pueden, por ejemplo, predecir exactamente cuándo ocurrirá un salto cuántico. Podría ser en cinco minutos o cinco horas.
Pero una vez que el salto ha comenzado, siempre sigue el mismo camino: a través de 6.8 millones de saltos observados por el equipo, el patrón fue consistente.
"Los saltos cuánticos de un átomo son algo análogos a la erupción de un volcán", dijo Minev. "Son completamente impredecibles a largo plazo.
"Sin embargo, con el monitoreo correcto podemos detectar con certeza una advertencia anticipada de un desastre inminente y actuar en consecuencia antes de que ocurra".
La investigación ha sido publicada en Nature.
Una versión de este artículo se publicó por primera vez en junio de 2019.