Vlad Krasen
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Un pulso láser rebotó en un átomo de rubidio y entró en el mundo cuántico, asumiendo la extraña física del "gato de Schrödinger". Luego otro hizo lo mismo. Luego otro.
A los pulsos de láser no les crecieron bigotes ni patas. Pero se volvieron como el famoso experimento mental de física cuántica del gato de Schrödinger de una manera importante: eran objetos grandes que actuaban como criaturas simultáneamente muertas y vivas de la física subatómica, existiendo en un limbo entre dos estados simultáneos y contradictorios. Y el laboratorio de Finlandia donde nacieron no tenía límites en cuanto a la cantidad que podían producir. Pulso tras pulso se convirtió en una criatura del mundo cuántico. Y esos "gatos cuánticos", aunque existieron solo por una fracción de segundo dentro de la máquina experimental, tenían el potencial de ser inmortales..
"En nuestro experimento, el [gato láser] fue enviado al detector inmediatamente, por lo que fue destruido inmediatamente después de su creación", dijo Bastian Hacker, investigador del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Alemania, que trabajó en el experimento. [¿Realidad científica o ficción? La plausibilidad de 10 conceptos de ciencia ficción]
Pero no tenía por qué ser así, dijo Hacker. .
"Un estado óptico puede vivir para siempre. Entonces, si hubiéramos enviado el pulso al cielo nocturno, podría vivir miles de millones de años en su estado [similar a un gato]".
Esa longevidad es parte de lo que hace que estos pulsos sean tan útiles, agregó. Un gato láser de larga duración puede sobrevivir a un viaje prolongado a través de una fibra óptica, lo que lo convierte en una buena unidad de información para una red de computadoras cuánticas..
Gato cuántico, vivo y muerto
Entonces, ¿qué significa hacer un pulso láser como el gato de Schrödinger? En primer lugar, el gato no era una mascota. Fue un experimento mental que el físico Erwin Schrödinger propuso en 1935 para señalar la absoluta irracionalidad de la física cuántica que él y sus colegas recién estaban descubriendo. [Cómo funciona el entrelazamiento cuántico (infografía)]
Así es como funciona: la física cuántica dicta que, en condiciones particulares, una partícula puede tener dos rasgos contradictorios al mismo tiempo. El giro de una partícula (una medida cuántica que no se parece mucho al giro que vemos en la escala macro) podría estar "hacia arriba" y al mismo tiempo "hacia abajo". Solo cuando se mide su giro, la partícula colapsa de una forma u otra..
Los físicos tienen varias interpretaciones de este comportamiento, pero la más popular (llamada interpretación de Copenhague) dice que la partícula no gira ni gira antes de ser observada. Hasta entonces, está en una especie de nebuloso inframundo entre los estados, y solo decide uno u otro cuando un observador externo lo obliga a hacerlo..
Schrödinger notó que esto tenía algunas implicaciones extrañas..
Imaginó una caja de acero opaco que contenía un gato, un átomo y un frasco de vidrio sellado con gas venenoso. Si el átomo decae (una posibilidad, pero no una cosa segura, gracias a la mecánica cuántica), un mecanismo en la caja rompería el vidrio y mataría al gato. Si el átomo no se descompusiera, el gato viviría. Deje al gato en la caja durante una hora, dijo Schrödinger, y el gato terminaría en una "superposición" entre la vida y la muerte..
El problema con eso, estaba insinuando, es que no tiene ningún sentido.
Y, sin embargo, el gato de Schrödinger se ha convertido en una especie de taquigrafía útil para las cosas a macroescala que obedecen las leyes de la física clásica, pero interactúan con objetos cuánticos de manera que no tienen ni un rasgo completo ni otro completamente diferente..
En el nuevo experimento, descrito en un artículo publicado el 14 de enero en la revista Nature Photonics, los investigadores crearon pulsos de láser que se superponen entre dos posibles estados cuánticos. Llamaron a los pequeños pulsos "estados de gato óptico volador".
Para hacerlos, primero confinaron el átomo de rubidio a una cavidad entre dos espejos de solo 0.02 pulgadas (0.5 milímetros) de ancho (aproximadamente el ancho de un grano de sal). El átomo puede estar en uno de tres estados: dos estados "fundamentales" o un estado "excitado". Cuando la luz entró en la cavidad, se enredó con el átomo, lo que significa que su estado estaba fundamentalmente vinculado al estado del átomo..
Luego, cuando el pulso de luz golpeó un detector de luz, tenía signos reveladores de interferencia, ninguno actuando del todo como si estuviera enredado con un tipo de átomo u otro. Era un gato volador hecho de luz.
Ese intermedio tenía que ver con la posición de las ondas de luz, dijo Hacker. Después de desviar el átomo, la luz continuó moviéndose a través del espacio como una onda: colina y valle, colina y valle..
Pero se volvió incierto si en un momento dado la onda de luz estaba llegando a la cima de una colina o descendiendo hacia un valle, dijo Hacker. .
La luz actuó como si tuviera al menos dos ondas diferentes, cada una una imagen especular de la otra..
(En realidad, la luz podría tener incluso más formas posibles: su onda siempre tuvo al menos alguna posibilidad de ocupar cada punto entre la cima de una "colina" y el fondo de un "valle". Pero dos ondas de imagen especular representaban la dos estados inciertos más probables.)
Los investigadores dijeron que en el futuro, esta capacidad de enviar gatos en movimiento de un lugar a otro podría ser útil para las redes cuánticas. Esto se debe a que las redes cuánticas probablemente dependerán del envío de luz de un lado a otro entre computadoras cuánticas, dijo Hacker, en lugar de electricidad..
"Lo más fácil de enviar serían fotones individuales, pero cuando se pierden [lo que sucede a menudo], la información que llevan se pierde", dijo. "Los estados cat pueden codificar información cuántica de una manera que nos permite detectar la pérdida óptica y corregirla. Aunque toda transmisión óptica tiene pérdidas, la información se puede transmitir perfectamente".
Dicho esto, todavía queda trabajo por hacer. Si bien los investigadores pudieron crear los gatos "de manera determinista", lo que significa que un gato emergió cada vez que realizaban su experimento, los gatos no siempre sobrevivieron al corto viaje hasta el receptor de luz. La óptica es complicada y, a veces, la luz se apaga antes de llegar..
Además, una persona razonable podría preguntarse si estos pulsos de luz realmente cuentan como gatos de Schrödinger. Ciertamente son objetos clásicos, lo que significa que siguen las leyes deterministas de los objetos a gran escala, pero los investigadores reconocieron en el artículo que a una escala de solo cuatro fotones, el láser estaba al borde de la escala macroscópica y cuántica; por lo que podría decirse que son macroscópicos solo bajo la más amplia de las definiciones.
"De hecho, [unos] pocos fotones no son nada parecido a un objeto macroscópico del mundo real", dijo Hacker. "El punto de los pulsos ópticos coherentes como los que usamos es que la amplitud se puede escalar continuamente sin ningún límite fundamental".
En otras palabras, claro, estos son unos gatos diminutos. Pero no hay razón para que no se pueda usar la misma idea básica para hacer algunos felinos gigantes de Schrödinger..
Pero los investigadores finalmente confiaron en el uso del término, y el "estado óptico del gato volador" tiene un anillo..
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Publicado originalmente el .