En nuestra vida cotidiana las cosas suelen escoger un estado. Una taza está sobre la mesa o está en el suelo. Una puerta está abierta o cerrada. Y un gato, como planteó Erwin Schrödinger en 1935, no puede parecernos simultáneamente vivo y muerto.
La mecánica cuántica permite algo bastante más extraño. Un sistema puede existir en una superposición de estados hasta que sus interacciones con el entorno destruyen esa delicada relación. Ahora, investigadores del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica han conseguido ampliar considerablemente una de esas superposiciones utilizando luz y algunos de los átomos más peculiares de la física: los llamados átomos de Rydberg.
El resultado es lo que los científicos denominan un estado de gato de Schrödinger óptico. Y según el preprint depositado el 23 de septiembre en arXiv, alcanzaron un tamaño de α² = 2,4, récord mundial para esta clase de estados híbridos entrelazados.
No hicieron un gato gigante: separaron dos posibilidades mucho más que antes
Aquí “tamaño” no significa centímetros ni cantidad de materia. El gato está formado por dos estados coherentes de un campo de luz (parecidos, simplificando mucho, a dos configuraciones diferentes de un pulso láser) que permanecen dentro de una misma superposición. Cuanto más separados pueden estar esos dos estados sin perder su vínculo cuántico, mayor es el “gato”.
El equipo de Hendrik Hegels, Mae Eichenberger, Gerhard Rempe y Stephan Dürr consiguió llevar esa separación efectiva hasta α² = 2,4. Para lograrlo, entrelazaron la superposición del pulso luminoso con la polarización de un fotón que viajaba por otro camino.
La pieza fundamental son los átomos de Rydberg, átomos cuyos electrones han sido excitados hasta niveles energéticos extremadamente altos. Esto exagera algunas de sus propiedades y permite producir interacciones muy intensas entre luz y materia.
Dentro de una cavidad óptica, el equipo utilizó esas interacciones para hacer que el pulso de luz adquiriera una fase diferente dependiendo del estado cuántico almacenado en los átomos. Al final, las dos posibilidades permanecían vinculadas en lugar de convertirse simplemente en dos resultados clásicos diferentes.
El gran enemigo es que el Universo se entere de qué ocurrió
Hacer crecer estos estados tiene un problema: la decoherencia. Cada fotón perdido, vibración o interacción con el ambiente puede filtrar información sobre qué rama de la superposición siguió el sistema. En cuanto el exterior puede distinguir suficientemente entre ambas posibilidades, la delicada interferencia cuántica desaparece y queda algo que se comporta mucho más como nuestro mundo cotidiano.
El mismo grupo llevaba tiempo trabajando precisamente en esa dificultad. En enero publicó en Physical Review A una propuesta basada en transparencia inducida electromagnéticamente con átomos de Rydberg para reducir la decoherencia provocada por la pérdida de fotones. Sus cálculos sugerían incluso que la tecnología actual podría llegar a estados con decenas de fotones de media.
Esta vez pudieron demostrar experimentalmente parte de esa estrategia. Además, no bastaba con crear dos pulsos distintos y llamarlos “gato”. Los investigadores realizaron tomografía cuántica, reconstruyendo el estado a partir de muchas mediciones para comprobar que seguían existiendo entrelazamiento y propiedades incompatibles con una simple mezcla clásica.
El récord no descubre dónde termina el mundo cuántico
El resultado tampoco significa que estemos cerca de colocar una taza, un gato real o una persona en dos lugares simultáneamente. El récord corresponde a una categoría muy concreta de estados ópticos y el estudio, además, todavía es un preprint y no ha pasado por revisión por pares. Pero experimentos así atacan una pregunta mucho más profunda: si la mecánica cuántica gobierna toda la materia, ¿por qué su comportamiento extraño desaparece cuando las cosas crecen?
Una posibilidad es que no exista una frontera fundamental. Los objetos grandes simplemente interactúan con tantas partículas, fotones y vibraciones que mantener una superposición observable resulta prácticamente imposible. Por eso hacer crecer estos “gatos” importa.
Cada vez que los físicos separan un poco más dos realidades posibles sin que la superposición se rompa, empujan también un poco más lejos el lugar donde pensábamos que debía empezar nuestro mundo normal.
