Ciencia

El paradójico gato de Schrödinger aparece de nuevo en un laboratorio de óptica

Científicos han logrado aumentar la escala en la que ocurre la superposición de estados que caracteriza al gato teórico vivo y muerto a la vez

En esta situación ideal, el gato está vivo y muerto a la vez hasta que alguien lo observa
En esta situación ideal, el gato está vivo y muerto a la vez hasta que alguien lo observa - Dhatfield/WIKIPEDIA
G.L.S. Madrid - Actualizado: Guardado en: Ciencia

El gato de Schrödinger ha vuelto a aparecer en un laboratorio de óptica. En este caso, los científicos de la Universidad de Calgary (Canadá) y del Centro Ruso Cuántico (Rusia) han puesto a prueba un método capaz de aumentar la escala en la que ocurre la superposición de estados cuánticos, el fenómeno que trata de expresar la paradoja del gato de Schrödinger. Su objetivo es lograr este efecto a distancias microscópicas para saber dónde están los límites entre la física clásica y la cuántica. Sus avances han sido publicados recientemente en Nature Photonics.

El gato de Schrödinger es un experimento mental en el que un gato, escondido en una caja, está regido por el principio de superposición, una regla de la física cuántica que establece que el felino puede tener al mismo tiempo dos estados. De acuerdo con esto, este gato está vivo y muerto a la vez al menos hasta que alguien abra la caja donde se esconde, momento en que se definirá el estado del gato. El objetivo de este experimento, que es imposible porque los gatos en realidad no son sistemas cuánticos, pretendía llamar la atención sobre las diferencias que hay entre el mundo macroscópico, donde funciona la física convencional, y el de las partículas, donde imperan las leyes de la física cuántica. Si las partículas pueden estar en dos estados a la vez, ¿por qué los gatos no?

Muchas investigaciones en el campo de la física cuántica pretenden aumentar el tamaño de los sistemas sujetos a las leyes cuánticas para tratar de entender por qué. «Una de las preguntas clave de la física es llegar al límite entre el mundo clásico y el cuántico; ¿pueden los fenómenos cuánticos, en ciertas condiciones, ser observados en objetos macroscópicos?», se ha preguntado en un comunicado Alexander Lvovsky, primer autor del estudio e investigador en el Centro Ruso Cuántico.

«La teoría no contesta a esta pregunta. Y quizás no hay tal límite. Por eso, necesitamos una herramienta para probarlo», ha añadido.

Un gato en un laboratorio

Una de las formas de hacerlo, es reproducir un gato de Schrödinger en un laboratorio de óptica. Esto se puede hacer logrando que parejas de fotones estén en superposición de estados. Pero hasta ahora, esto solo se ha logrado reproducir a distancias muy pequeñas. Tan pequeñas que dificultan poder aprovechar estas propiedades en los campos de la comunicación cuántica, la criptografía y el teletransporte cuántico.

El equipo dirigido por Lvovsky ha logrado aumentar las distancias a las que se obtiene este interesante fenómeno y además hacerlo con mayor éxito. Aprovechando las interferencias y el entrelazamiento entre fotones (otro fenómeno cuántico por el cual el estado de dos partículas se coordina), lograron transformar sistemas en superposición en otros, creando «gatos de Schrödinger» de mayor amplitud a partir de «gatos» de menor amplitud. Lo interesante es que los mayores se pueden volver a transformar para generar «gatos» de mayor amplitud.

«Podemos producir "gatos" con más energía, sucesivamente. Así, es posible empujar los límites del mundo cuántico paso a paso, y quizás llegar a entender si hay un límite», ha dicho Demid Sychev, coautor del estudio.

La paradoja más famosa de la física

El gato de Schrödinger es el nombre de una conocida paradoja escrita por Erwnin Schrödinger que ilustra el principio de superposición cuántica. Un felino imaginario está dentro de una caja donde hay una botella de veneno letal, que se podrá romper y liberar su carga cuando sea accionada por un interruptor acoplado a un átomo radiactivo. Dado que este átomo es un sistema cuántico sujeto a la superposición de estados, está al mismo tiempo en dos situaciones; por eso hay un 50 por ciento de probabilidades de que este átomo se desintegre y accione el interruptor, y un 50 por ciento de opciones de que no lo haga.

De acuerdo con el principio de superposición el átomo estará en dos estados, desintegrado y no desintegrado, al mismo tiempo, al menos hasta que alguien lo observe y lo mida, y así defina su estado. Esto significa que el observador determina la realidad observada. Todo un escándalo para la Física Clásica que trata de describir y explicar los fenómenos naturales tal cual son.

De vuelta al gato, la paradoja está en que un sistema físico no cúantico, como puede ser un felino o una ballena, idealmente podría tener un comportamiento cuántico porque en el experimento está estrechamente ligado a un sistema cuántico (entrelazado), tal como explica Jim Al-Khalili, en «Cuántica: Guía de perplejos». Por eso, en esta situación ideal, ocurre que el gato está también en ambos estados hasta que se hace una medición: vivo y muerto a la vez. Pero, como pasaba antes, cuando un observador abra la caja donde está encerrado, se definirá el estado del gato: vivo o muerto.

Schrödinger pretendía llamar la atención sobre la absurdez de este hecho. ¿Por qué una medición define el estado de una partícula? Él creía más bien que sencillamente ignoramos lo que ha pasado. Y por ello, ligó un gato imaginario a un sistema cuántico. ¿Cómo va a estar un gato vivo y muerto a la vez? Hoy se considera que lo que parece absurdo en el mundo real, puede ocurrir en el mundo cuántico. En los próximos años, cada vez más investigaciones trabajarán en el entrelazamiento de fotones (en sistemas que recordarán a gatos de Schrödinger) para investigar la tecnología de la comunicación y la computación cuántica.

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