El experimento de pensamiento, de ideas, ya es icónico: el físico austríaco Erwin Schrödinger imaginó un gato que podía estar muerto o vivo, en una inteligente analogía de lo inusuales y atractivas que pueden ser las superposiciones cuánticas. Casi un siglo después del gato de Schrödinger, unos físicos crearon una nueva familia de exóticos “estados del gato” en el plano cuántico.
Las superposiciones cuánticas hacen referencia a la cantidad de sistemas cuánticos que pueden existir en más de un estado a la vez. El acto de observar determina el estado “final” del sistema, digamos. En un trabajo publicado en Physical Review X, unos físicos informan sobre el desarrollo de una nueva forma de crear y controlar superposiciones cuánticas en el movimiento de un sistema de iones atrapados. Como resultado, el equipo creó una variedad de estados con “patrones de interferencia diferenciados, simetría rotacional, y claras firmas de conducta no clásica”, le dijo a Gizmodo el autor principal del trabajo Sebastian Saner.
Es decir que los físicos construyeron una familia ampliada de superposición cuántica basada en estados cuánticos exóticos. Además, el nuevo método brinda a los investigadores un mayor grado de libertad para trabajar con el mundo cuántico.
“A pesar de que los físicos han estado pensando en las superposiciones cuánticas durante más de un siglo, seguimos encontrando nuevas formas de crearlas, controlarlas y entenderlas”, dijo Saner, físico de la Universidad de Oxford, Reino Unido.
O una cosa o la otra, o ninguna
Según un explicativo del Instituto de Tecnología de California, Schrödinger quería que el experimento del gato “demostrara lo que él veía como el absurdo de la ciencia cuántica”. De hecho, sí hay algo extraño en la idea de que algo —gato o no— esté muerto y vivo al mismo tiempo solo porque no podemos “ver” y confirmar que sea una cosa o la otra.
“Es, evidentemente, un ejemplo muy gráfico pero que capta algo real de la mecánica cuántica”, dijo Saner. “Lo importante es que la superposición no es tan solo incertidumbre común. No es simplemente que no sepamos en qué estado está el sistema”.
Estas posibilidades se vinculan según patrones “muy precisos” en la mecánica cuántica y pueden interferir unas con otras como si fueran ondas, añadió. Es una propiedad central a los experimentos en la óptica cuántica en la que un “estado del gato” se refiere usualmente a una superposición de dos estados determinados de oscilador.
La teoría está viva
Para el experimento, Saner y sus colegas usaron un ion de estroncio dentro de una trampa de iones. Según declaraciones de la universidad sobre los resultados, el equipo diseñó la trampa de iones de modo que el estado interno del ion se enredara en diferentes estados posibles de movimiento. Luego, una medición cuántica a mitad del circuito proyectaba la moción del ion a una superposición en particular.
“En nuestro sistema el ion tiene dos partes importantes: un estado cuántico interno que solemos llamar espín, y su movimiento, que se comporta como un oscilador cuántico”, le explicó Saner a Gizmodo. Por medio del nuevo método el equipo halló que el “espín ya no solo ayudaba a mediar en la interacción sino que se había convertido en herramienta para dar forma al estado cuántico mismo”.
Saner añadió que algunos de estos “estados del gato” ya se habían predicho en teorías hace más de 30 años, pero que el desafío real estaba en “crearlos en el laboratorio y demostrar que en realidad estaban allí”.
Del gato a la realidad
Sin embargo, las implicaciones de lo que hallaron van más allá de resultar interesantes. Por ejemplo, los sistemas de iones atrapados son un componente popular en la computación cuántica. Como el nuevo método ofrece formas precisas y versátiles de manipular los sistemas cuánticos, su potencial podría ampliarse a computadoras cuánticas, simulaciones y sistemas de sensores, según afirmó Saner.
“La imagen de un sistema cuántico del libro de texto, como ubicado en dos lugares a la vez, es solamente el comienzo. Hay un paisaje mucho más grande de posibles estados cuánticos y todavía estamos aprendiendo cómo acceder a éste de manera experimental”, añadió.
