Para describir los estados cuánticos en 1935, Erwin Schrödinger nos pidió que imagináramos un gato dentro de una caja. No obstante, ya no es necesario fantasear con esa idea porque los investigadores del Instituto Federal Suizo de Tecnología (ETH) han logrado crear un gato de Schrödinger real y enorme.
El equipo de físicos acopló un resonador mecánico a un tipo de circuito superconductor, comúnmente utilizado en computación cuántica, para replicar el famoso experimento mental. De esta manera un pequeño cristal pasó a convertirse en el gato más pesado jamás registrado en una superposición de estados, con 16,2 microgramos.
«Al poner los dos estados de oscilación del cristal en una superposición, hemos creado efectivamente un “gato de Schrödinger».
Yiwen Chu, autor principal del estudio
Sabemos que esto suena confuso, pero intentaremos explicarlo de la mejor forma posible.
Gatos, circuitos y un nuevo experimento
Los estados de superposición solo son concebibles por la mecánica cuántica, pues no tienen equivalente en nuestra experiencia cotidiana. Nosotros podemos estimar la velocidad y la posición de un objeto que cae, pero no podemos analizar las partículas que están detrás porque carecen de las propiedades necesarias.
Fue debido a esto que Erwin Schrödinger escribió un escenario en el que la posición no observada de una partícula estaba vinculada a la vida de un gato no observado.
El experimento original es el siguiente: un gato está en una caja con un veneno que se libera de su contenedor si un átomo de una sustancia radiactiva se desintegra. Debido a que es imposible saber si la sustancia se descompondrá o no en un período de tiempo determinado, el gato podría estar tanto vivo como muerto hasta que no se abre la caja.
De manera similar, las partículas en estados cuánticos, los qubits, están en superposición tanto vivas como muertas hasta que se miden. Ese es el momento en el cual la superposición cuántica colapsa.
Esto sería lo básico antes de entrar en el tema. Ahora pasemos al nuevo experimento cuántico.
El pesado gato de Schrödinger que los investigadores usaron era un pequeño cristal, colocado en una superposición de dos estados de oscilación. Los estados oscilantes fueron los equivalentes a la probabilidad de que el gato estuviera vivo o muerto dentro de la caja. Y finalmente, se utilizó un circuito superconductor, un qubit, para representar el veneno.
Al poner los dos estados del cristal en una superposición, se logró poner en movimiento el resonador mecánico. Esto hizo que sus oscilaciones temblaran en dos fases a la vez.
Por lo tanto, este nuevo experimento demuestra que objetos tan grandes como los gatos, o incluso los humanos, pueden existir en estados de superposición de la misma manera que los electrones, los quarks y los fotones.
Nuevos resultados para la física cuántica
Todavía hay preguntas sobre qué significa que la materia esté en una superposición. A pesar de los avances enfocados en hacer que la mecánica cuántica sea más precisa, todavía no está claro por qué abrir la caja debería marcar alguna diferencia en el destino del gato de Schrödinger.
Sin embargo, esta nueva investigación brinda algunas aplicaciones prácticas más allá del experimento.
- Desde un punto de vista práctico, impulsar los límites de escala en la superposición podría conducir a nuevos métodos para hacer que la tecnología cuántica sea más robusta.
- Además, la combinación de qubits y cristales podría ser la base de herramientas cada vez más sensibles para estudiar la materia y el cosmos.
Por no mencionar que el control de materiales cuánticos superpuestos sería útil en muchos campos que requieren mediciones muy precisas. Como por ejemplo, para ayudar a reducir el ruido en interferómetros que miden ondas gravitacionales.
“Este experimento nos permitirá comprender mejor el motivo de la desaparición de los efectos cuánticos en el mundo macroscópico de los gatos reales. Eso es lo interesante, pues los efectos cuánticos en sistemas de masa creciente todavía son desconocidos”.
Matteo Fadel, físico en el ETH de Zurich
Lo que significa convertir un quizás en una realidad sigue siendo un misterio en la física de partículas. Tanto como cuando Schrödinger soñó con la idea de un gato que no debería ser. Pero este extraño enfoque tal vez nos ayude a comprender mejor la mecánica cuántica y, con ella, los futuros dispositivos cuánticos que nos esperan.
Referencias:
Schrödinger cat states of a 16-microgram mechanical oscillator https://doi.org/10.1126/science.adf7553
