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Este mapa tridimensional muestra la transición entre dos qubits o bits cuánticos.
Científicos monitorizan al gato de Schrödinger

Científicos monitorizan al gato de Schrödinger

Las implicaciones de este experimento teórico, llevado a cabo por investigadores de Berkeley, ayudará a que ordenadores cuánticos puedan auto-corregir errores

antonio villarreal

Jueves, 31 de julio 2014, 15:42

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La conocida paradoja del gato, propuesta en los años 30 por el físico Erwin Schrödinger, consiste en que si se mete un gato dentro de una caja opaca cuya vida depende de un evento al azar, por ejemplo, un martillo que, con un 50% de probabilidades, golpea una botella con gas venenoso. Por tanto, determinar exactamente cuándo muere el gato es imposible. ¿Muere cuando se produce este evento al azar, o al abrir la caja?

Aunque el sentido común sugiere que la primera opción es la correcta, los físicos cuánticos suelen guiarse por la segunda opción, que se deduce de la llamada interpretación de Copenhague, enunciada por Niels Bohr en 1920, una década antes de la paradoja del gato. Para Bohr, alguien tiene que observar el resultado antes de que sea definitivo. Hasta entonces, paradójicamente, el gato de Schrödinger está vivo y muerto a la vez.

Ahora, físicos de la Universidad de California, Berkeley han demostrado, por primera vez, que, de hecho, es posible seguir el proceso de este metafórico gato para comprobar si al final vive o muere.

"Hacer un registro de las huellas del gato provoca tanto que muera, como que viva, según sea el caso, y nos permite reconstruir la historia de su vida", dijo Irfan Siddiqi, profesor asociado de física en la UC de Berkeley y autor principal del artículo que describe el resultado, publicado hoy en la revista Nature.

La paradoja del gato de Schrödinger es crítica para el desarrollo de los ordenadores cuánticos, donde en la entrada de información se produce un enredo de estados -como el del gato enredado entre la vida y la muerte- pero sin embargo, en el caso de los ordenadores cuánticos, la respuesta a si el animal está vivo o muerto tiene que ser claramente definida.

"Para Bohr y otros, el proceso fue instantáneo. Cuando abrió la caja, el sistema enredado se transformó en un estado definido, clásico. Este postulado ha agitado el debate en la mecánica cuántica", dijo Siddiqi, "pero el seguimiento en tiempo real de un sistema cuántico muestra que se trata de un proceso continuo, y que podemos extraer constantemente información del sistema, ya que va desde lo cuántico a lo clásica. Este nivel de detalle nunca fue considerado accesible por los fundadores originales de la teoría cuántica".

Para los ordenadores cuánticos, esto permitiría poder corregir los errores automáticamente y de forma continua.

El mundo real, todo, desde la luz y el calor a la vibración, puede derribar un sistema de su estado cuántico a uno real, también llamado estado clásico, equiparable a abrir la caja para mirar al gato y declararlo vivo o muerto. Para Siddiqi, una gran pregunta con respecto a los ordenadores cuánticos es si se puede extraer información sin destruir el sistema cuántico por completo.

"Esto nos lleva alrededor del problema fundamental de una manera muy natural", dijo el físico. "Podemos sondear continuamente un sistema muy suavemente para conseguir un poco de información, corrigiéndolo continuamente, sacándolo y devolviéndolo de nuevo a la fila, hacia el objetivo final".

Cosas opuestas al mismo tiempo

En el mundo de la física cuántica, un sistema puede estar en dos estados superpuestos, al mismo tiempo, siempre y cuando nadie esté observando, ya que la observación perturba al sistema empujándolo hacia un estado u otro.

En los últimos años, teóricos como Andrew Jordan, profesor de física en la Universidad de Rochester, Nueva York, y coautor de este artículo de Nature, han desarrollado teorías que predicen la forma más probable en que un sistema cuántico se derrumbará.

"El equipo de Rochester ha desarrollado nuevas matemáticas para predecir el camino más probable con una alta precisión, de la misma manera en que uno usa las ecuaciones de Newtown para predecir el camino menos complicado de una pelota que rueda montaña abajo", dijo Siddiqi. "Las implicaciones son significativas, ya que ahora podemos diseñar secuencias de control para dirigir un sistema a lo largo de una cierta trayectoria. Por ejemplo, en química se podría usar esto para preferir ciertos resultados de una reacción sobre los demás".

Para probar que las teorías de Jordan eran correctas, el equipo de Siddiqi midió la trayectoria de la función de onda de un circuito cuántico -un qubit, análoga al bit de un ordenador normal- ya que cambió de un estado al otro. El circuito, una especie de péndulo superconductor, podría estar en dos estados de energía diferentes, así que fue acoplado a un segundo circuito para leer el voltaje final, correspondiente a la frecuencia del péndulo.

"Si hicieras este experimento muchas, muchas veces, midiendo el camino que el sistema toma cada vez y los estados por los que tuvo que pasar, entonces se podría determinar cuál es el camino más probable", dijo Siddiqi, "así, podríamos diseñar una secuencia de control para tomar el camino que queremos tomar para una evolución cuántica determinada".

Si se examinara una reacción química en detalle, por ejemplo, se podría encontrar el camino más probable que la reacción va a seguir y diseñar una manera de dirigir la reacción, no a su estado más probable, sino conducida hacia los productos deseados, dijo el físico de Berkeley.

"El experimento demuestra que, para cualquier elección de estado cuántico final en un tiempo dado, se puede encontrar o predecir el camino óptimo o más probable", dijo Jordan, "esto comprueba la teoría y abre el camino para nuevas técnicas activas de control cuántico".

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