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martes, 13 de junio de 2017

Los investigadores han logrado por primera vez inducir una situación de superposición cuántica en dos lugares al mismo tiempo.

El gato de Schrödinger está vivo y muerto y en dos «ataúdes» al mismo tiempo


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Hay un tipo de gato muy especial que no siempre cae de pie y que no tiene siete vidas, como asegura el dicho. El motivo es que es un gato teórico, una de las especies favoritas de los físicos. Se trata del gato de Schrödinger, un desgraciado felino que está confinado en el interior de una caja y que, cada vez que un investigador se decide a abrirla, se ve abocado a una cruel, y teórica, muerte.

Esta teórica muerte ocurre porque al abrir la caja se libera un potente gas tóxico. Lo interesante de esto, es que el gas no ataca a un gato convencional, sino a un gato cuántico: su peculiaridad es que, como cualquier otro sistema cuántico, se ve regido por el principio de superposición, según el cual las partículas, como átomos o fotones, pueden existir en varios estados a la vez. Por ello, durante un instante y hasta que el investigador no abre del todo la caja, el gato está muerto y a la vez no muerto. Pues bien, gracias a un estudio presentado este jueves en «Science», el gato de Schörindger no solo estará vivo y muerto a la vez, sino también en dos cajas distintas al mismo tiempo.

«Los físicos están generalmente interesados en la paradoja del gato de Schrödinger», ha explicado  Chen Wang, el primer autor del estudio e investigador en la Universidad de Yale. «Su intención es averiguar si se puede conseguir un objeto macroscópico en un estado de superposición cuántica (con dos estados clásicos al mismo tiempo), en el llamado "estado de gato" (...) Pero nosotros hemos dado un paso adelante, y hemos conseguido, por primera vez, un "estado de gato" en dos lugares al mismo tiempo».

En realidad, durante la investigación de Wang no se ha matado a ningún gato. En lugar de eso, sus experimentos han tenido éxito porque han logrado inducir a un número alto de fotones (en concreto, 80, y por ello considerados como ejemplo de sistema cuántico macroscópico) a estar en el mismo estado cuántico, aunque estuvieran en dos lugares.

Para ello, la condición es que estén entrelazados de forma cuántica, un fenómeno que permite que partículas separadas en el espacio «se comuniquen» entre sí y se comporten como el reflejo de un espejo.
Ordenadores cuánticos

El interés de esto es que podría utilizarse para crear ordenadores y sistemas de comunicación cuánticos capaces de corregir sus errores.

«No es la primera vez que se busca la superposición cuántica macroscópica», ha dicho Wang. «Pero este es el primer intento por parte de la comunidad científica para crear dos qubits asociados, cada uno capaz de almacenar un bit cuántico de información de modo redundante, y así ser capaces de corregir errores cuánticos». Esto, llevado al nivel de la calle, querría decir que gracias a esta superposición se conseguiría que se evitaran errores porque cada mensaje sería llevado a la vez por dos mensajeros. «Esto es importante si se quiere construir ordenadores cuánticos tolerantes a los errores», ha añadido Wang.
Esquema del experimento realizado- Chen Wang et al./Science

En estos experimentos, los científicos aplicaron haces de luz en cavidades separadas, permitiendo que tuvieran las mismas propiedades en ambas. Ambos «huecos» quedaron unidos por una súper corriente, un flujo de electrones indendiente de voltaje alguno y que se creó gracias a un súper conductor. «Se logró gracias al acoplamiento eléctrico de las ondas de luz en cada cavidad con un circuito súper conductor», ha explicado Chen Wang. Gracias a esto, los investigadores le dieron a cada fotón dos estados, y observaron cada uno de esos estados en la cavidad vecina.

Este complejo experimento se ha logrado gracias a las investigaciones realizadas por Serge Haroche y David J. Wineland, premiadas en 2012 con el Premio Nobel de Física. Gracias a ellos, se logró montar un dispositivo en el que los investigadores podían medir el estado de los sistemas cuánticos sin destruirlos.

En este caso, las cavidades en las que estaban los fotones apenas medían un poco más de dos centímetros, y podría pensarse que al aumentar el tamaño de las cavidades podría lograrse circuitos con propiedades fantásticas. Pero según Wang lo importante no es aumentar la distancia a la que ocurre el entrelazamiento, sino lograr entrelazamientos de estados superpuestos con partículas distintas. Tan solo controlando los pulsos de luz, ha asegurado, se podría aumentar el tamaño de los sistemas cuánticos que entrasen en juego. Así, quizás, se podría estar más cerca de los ordenadores del futuro.