Un equipo de físicos de la Universidad de Yale ha demostrado que es posible anticipar y predecir un salto cuántico de un estado físico a otro en un átomo superconductor particular. El resultado de esta investigación permitiría predecir si el gato de Schrödinger está a punto de morir y salvarlo.

Este experimento en particular, a través del sistema específico desarrollado por los autores, permitiría interrumpir, al menos a nivel teórico, uno de los pilares clásicos de la mecánica cuántica, en el que la paradoja del “gato de Schrödinger” se basa.

Superposición y colapso de estados

La física cuántica es un mundo que incluye el reino sub-microscópico, en el que algunos elementos muy pequeños (partículas subatómicas como los electrones) se pueden encontrar simultáneamente en más de un lugar diferente.

En la paradoja de Schrödinger, el gato de se encuentra en una superposición de dos estados (vivo y muerto), hasta que se abra la caja.

Este mundo no tiene precedentes porque al tratar de aplicar las leyes cuánticas al mundo macroscópico, se obtienen situaciones irreales y paradójicas que no existen, dado que un objeto no puede estar simultáneamente en dos lugares o estados diferentes (como la vida y la muerte).

Un ejemplo lo proporciona la afamada paradoja del gato de Schrödinger, llamada así en honor al nombre del físico que concibió el experimento mental, Erwin Schrödinger, en 1935.

La base de la paradoja es un experimento puramente ideal, que sirve para explicar el principio de superposición y el colapso de los estados, dos elementos fundamentales de la mecánica cuántica.

En el experimento, un gato se inserta en una caja de acero que contiene un artilugio mortal que puede envenenar al animal o salvarlo. De acuerdo con las leyes cuánticas, mientras un observador externo no tome una medida, es decir, hasta que se abra la caja, el gato se encuentra simultáneamente en dos estados: vivo y muerto.

En esta paradoja, el gato de Schrödinger se encuentra en una superposición de dos estados (vivo y muerto) que representan una suma matemática de dos condiciones posibles con la misma probabilidad, hasta que se abra la caja.

Los investigadores se preguntaron si existe alguna posibilidad de “salvar” al gato. La respuesta es sí, al menos en un átomo artificial superconductor en un sistema complejo creado por los autores.

Salvando al gato

Como explica el investigador Michel Devoret, profesor en el Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Yale y coautor del estudio:

“Estos saltos ocurren cada vez que medimos un qubit. Se sabe que los saltos cuánticos son impredecibles a largo plazo, pero a pesar de esto, queríamos entender si era posible obtener una señal de advertencia por adelantado de que este salto está a punto de ocurrir de manera inminente”.

En la física cuántica, las partículas subatómicas se pueden encontrar simultáneamente en más de un lugar y en estados diferentes.

Para lograr este objetivo, los autores crearon un sistema compuesto por un átomo superconductor artificial, monitoreado indirectamente con tres generadores de microondas que irradiaron el átomo encerrado en una cavidad de aluminio 3D.

Mientras la radiación de microondas sacudía el átomo, se observaba simultáneamente, como si fuera posible observar lo que ocurre dentro de la caja del gato de Schrödinger sin abrirla.

Los investigadores amplificaron la señal asociada con un salto cuántico, y la ausencia repentina de partículas permitió anticipar y proporcionar una señal de advertencia de un salto cuántico inminente, lo que permitió a los investigadores revertir el proceso.

Indudablemente que estas son buenas noticias para el gato de Schrödinger, pero también para los físicos que trabajan en computadoras cuánticas en las que los cambios de estado no deseados pueden provocar errores.

Referencia: To catch and reverse a quantum jump mid-flight. Nature, 2019. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1287-z