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Cómo encontraron la forma de salvar al gato de Schrödinger, el experimento más famoso de la física cuántica

 

El gato de Schrödinger es célebre por simbolizar algunas de las características más desconcertantes de la física cuántica.

BBC News Mundo

El experimento mental propuesto en 1935 por el científico austríaco Erwin Schrödinger ejemplifica tanto la imprevisibilidad como la llamada superposición, la posibilidad de que dos estados opuestos existan simultáneamente.

En la paradoja planteada por Schrödinger, quien recibió el Nobel de Física en 1933, el gato es vivo y muerto al mismo tiempo. Y ninguno de esos estados puede ser anticipado.

Pero científicos de la Universidad de Yale en Estados Unidos encontraron ahora una forma no solo de predecir el estado del famoso gato, sino de salvarlo.

El descubrimiento es importante porque implica un sistema de alerta de posibles fallas en computadoras cuánticas, los ordenadores superpotentes que varios centros académicos compiten por desarrollar y que se han transformado en el “santo grial” de la computación.

La paradoja del gato

Schrödinger planteó su famosa paradoja para ilustrar el concepto de superposición.

En el mundo poco intuitivo de la física cuántica, no se puede saber con certeza qué estado tiene una partícula y dónde se encuentra hasta que interactuemos con ella.

Sólo en ese instante se pierde la multiplicidad de estados reales que se superponen.

Ilustración de un gato vivo y muerto en referencia a la paradoja de SchrödingerDerechos de autor de la imagenSCIENCE PHOTO LIBRARY
Image caption Los científicos de la Universidad de Yale hallaron una forma no solo de predecir el estado del famoso gato, sino de salvarlo.

En la paradoja, el gato se encuentra en una caja sellada. Dentro, junto al gato, hay un recipiente con cianuro de hidrógeno (un gas venenoso) y un martillo conectado a una fuente radioactiva.

Es posible que después de un período de tiempo, la desintegración radioactiva de algún átomo active el martillo, éste rompa el recipiente de cianuro y libere el veneno que mataría al gato.

Pero también es posible que eso no ocurra.

La teoría de la superposición en la física cuántica indica que hasta que se produzca una observación y alguien abra la caja el gato está vivo y muerto al mismo tiempo, en una superposición de estados.

Cambio de estado

El cambio no continuo y aleatorio en un estado cuando es observado se denomina salto cuántico.

Para un objeto diminuto como un electrón, una molécula o un átomo artificial que contiene una unidad de información cuántica, conocida como cúbit, un salto cuántico es la transición repentina entre un estado de energía a otro, explica la Universidad de Yale en un comunicado.

En el experimento realizado por los profesores Michel Devoret y Zlatko Minev, los científicos utilizaron un método novedoso para estudiar esos saltos cuánticos.

Y los resultados sorprendentes contradicen la visión generalmente aceptada, ya que según los investigadores de Yale los saltos no son ni tan abruptos ni tan aleatorios como se pensaba.

“Como la erupción de un volcán”

Al desarrollar computadoras cuánticas, los científicos deben lidiar con saltos cuánticos, que son manifestaciones de errores de cálculo.

“Estos saltos ocurren cada vez que medimos un cúbit”, señaló Devoret.

“Queríamos saber si era posible tener una señal de advertencia de que un salto cuántico está por ocurrir en forma inminente“.

El experimento de los investigadores estadounidenses se inspiró en las predicciones teóricas de Howard Carmichael, profesor de la Universidad de Auckland (Nueva Zelanda) y otro de los autores del estudio.

Erwin Schrödinger
Derechos de autor de la imagenSCIENCE PHOTO LIBRARY
Image caption Schrödinger planteó su célebre paradoja para ilustrar el concepto de superposición, la posibilidad de que dos estados opuestos existan simultáneamente.

El descubrimiento representa un avance significativo en la comprensión y el control de la información cuántica, ya que uno de los desafíos en el desarrollo de computadoras cuánticas es corregir errores a medida que ocurran.

El equipo de Yale usó un enfoque original para monitorear indirectamente un átomo artificial superconductor. Los investigadores utilizaron tres generadores de ondas de microondas que irradiaban al átomo en una contenedor de aluminio.

El método desarrollado por Minev permite observar los átomos con una precisión sin precedentes, según Yale.

La radiación de microondas afecta al átomo artificial y eso resulta en saltos cuánticos mientras es observado.

Las señales de estos saltos pueden ser amplificadas y la ausencia de ciertos fotones es usada como una señal de un salto cuántico inminente.

Esa advertencia permite, en palabras de Minev, “no solo detectar el salto, sino revertirlo”.

“Los saltos cuánticos de un átomo son en cierta medida análogos a la erupción de un volcán”, afirmó Minev.

“Esos saltos son impredecibles en el largo plazo. Pero con el monitoreo correcto podemos detectar advertencias de un desastre inminente y actuar antes de que ocurra”.

Computadoras cuánticas

Yale es uno de los centros que intenta desarrollar la primera computadora cuántica completamente operativa.

En la computación digital tradicional, un bit o unidad de información sólo puede tomar valor 0 o 1.

En cambio, en la computación cuántica, los cúbits o bits cuánticos utilizan las propiedades de las partículas subatómicas.

Ilustración de un bit, con los valores 0 y 1Derechos de autor de la imagenSCIENCE PHOTO LIBRARY
Image caption En la computación digital tradicional, un bit o unidad de información sólo puede tomar valor 0 o 1. Pero un cúbit, la unidad de información de la computación cuántica, puede tener ambos valores al mismo tiempo.

Debido a la superposición, los electrones o los fotones, por ejemplo, pueden presentar dos estados a la vez y por ello un cúbit puede tomar el valor 0, 1 o 0 y 1 a la vez.

Como resultado, una computadora basada en cúbits puede hacer muchos más cálculos a mayor velocidad que una máquina convencional.

Los científicos describen a veces este efecto de la computación cuántica como algo capaz de recorrer todos los caminos de un laberinto muy complejo al mismo tiempo.

Los informáticos aseguran que las computadoras cuánticas podrían acelerar el descubrimiento de nuevos medicamentos, descifrar los sistemas de seguridad criptográfica más complejos, ayudar a diseñar nuevos materiales y modelar en forma más precisa el cambio climático.

 

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