El famoso experimento mental cat-in-a-box del físico austriaco Erwin Schrödinger es una ilustración de una de las características definitorias de la mecánica cuántica: el comportamiento impredecible de las partículas a nivel cuántico.

Hace que trabajar con sistemas cuánticos sea increíblemente difícil; Pero ¿y si pudiéramos hacer predicciones cuánticas? Un equipo de físicos cree que es posible. En un nuevo estudio, demostraron su capacidad para predecir algo que se llama un salto cuántico e incluso revertir el proceso una vez que se inició.

Ellos dijeron, haber «salvado» al gato de Schrödinger.

Pero primero, un rápido repaso de quién es el gato de Schrödinger. El físico imaginó el escenario así: Hay un gato, en una caja cerrada. También en la caja hay una fuente de descomposición radioactiva, un contador Geiger y un matraz sellado de veneno. Si el contador Geiger detecta la descomposición radioactiva de un solo átomo, rompe el matraz venenoso, que mata al gato.

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No hay manera de mirar adentro, así que no puedes saber si el gato está vivo o muerto. Existe en un estado de ambos, hasta que abra la caja. En el instante en que lo haces, es inmediatamente uno o el otro, completamente al azar, y ya no puede ser ambos al mismo tiempo.

Toda esta configuración imaginaria es una metáfora de algo llamado superposición cuántica, por lo que una partícula (como un átomo, un electrón o un fotón) puede existir en múltiples estados de energía al mismo tiempo, hasta el punto en el que observa. eso.

Una vez que se observa, su transición repentina y aleatoria entre estados de energía se conoce como un salto cuántico.

La nueva investigación

Y es este salto que los físicos ahora han podido no solo predecir, sino manipular, cambiando deliberadamente el resultado. Los investigadores, liderados por un equipo de la Yale University, lo hicieron utilizando átomos artificiales llamados qubits, que también se usan como unidades básicas de información en una computadora cuántica.

Cada vez que mides un qubit, realiza un salto cuántico. Estos son impredecibles a largo plazo, lo que puede causar problemas en la computación cuántica.

Zlatko Minev, físico de la Yale University, dijo en un comunicado:

Queríamos saber si sería posible obtener una señal de advertencia anticipada de que un salto está a punto de ocurrir de manera inminente”.

El equipo diseñó un experimento para observar indirectamente un qubit superconductor, utilizando tres generadores de microondas para irradiar el qubit en un recinto 3D sellado hecho de aluminio.

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Esta radiación de microondas cambia el qubit entre los estados de energía, mientras que otro haz de radiación de microondas controla la caja. Cuando el qubit está en un estado fundamental, el haz de microondas produce fotones. Una ausencia repentina de fotones significa que el qubit está a punto de dar un salto cuántico a un estado de excitación.

La investigación mostró que el salto no fue algo así como una transición; tampoco un golpe de un interruptor, sino el deslizamiento de una palanca, tal vez.

Revirtiendo el salto cuántico

Por lo tanto, otro pulso de radiación, perfectamente sincronizado, puede revertir el salto cuántico después de que se haya detectado, enviando el qubit a su estado fundamental; o, para apoyarse en la metáfora del gato de Schrödinger, evite que el gato muera (excitado) y devuélvalo a la vida (suelo).

Todavía hay una imprevisibilidad a largo plazo; los investigadores no pueden, por ejemplo, predecir exactamente cuándo se producirá un salto cuántico. Podría ser en cinco minutos, o cinco horas.

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Pero una vez que el salto ha comenzado, siempre sigue el mismo camino. En los 6.8 millones de saltos que observó el equipo, el patrón fue consistente.

Minev dijo:

Los saltos cuánticos de un átomo son algo análogos a la erupción de un volcán. Son completamente impredecibles a largo plazo. No obstante, con el monitoreo correcto podemos detectar con certeza una advertencia anticipada de un desastre inminente y actuar sobre ella antes de que haya ocurrido”.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en la revista Nature.

Fuente: Yale University / Science Alert