Paradoja del gato de Schrödinger fue recreada en la vida real… pero con lásers

Christoph Hohmann, Nanosystems Initiative Munich (NIM) 

Un viejo experimento mental ahora aparece bajo una nueva luz. En 1935, el físico Erwin Schrödinger formuló un experimento mental diseñado para captar la naturaleza paradójica de la física cuántica: la famosa paradoja del gato de Schródinger, según el cual el felino puede estar vivo y muerto, dependiendo de si un átomo radiactivo ha decaído o no.

Ahora, un grupo de investigadores alemanes ha realizado una versión óptica del experimento mental de Schrödinger en el laboratorio. Solo que esta vez, los pulsos de luz láser juegan el papel del gato. Los conocimientos adquiridos con el proyecto, el cual ha sido publicado en Nature Photonics, abren nuevas perspectivas para un mejor control de los estados ópticos, que en el futuro pueden utilizarse para comunicaciones cuánticas.

"Según la idea de Schrödinger, es posible que una partícula microscópica, como un solo átomo, exista en dos estados diferentes a la vez. Esto se denomina superposición”, explica Gerhard Rempe, Director del Departamento de Dinámica Cuántica en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica. “Además, cuando una partícula de este tipo interactúa con un objeto macroscópico, se puede ‘enredar’ y el objeto macroscópico puede terminar en estado de superposición”, agrega.

Para realizar este experimento filosófico en el laboratorio, los físicos han recurrido a varios sistemas modelo. El implementado en este caso sigue un esquema propuesto por los teóricos Wang y Duan en 2005. Aquí, la superposición de dos estados de un pulso óptico hace el papel del gato. Las técnicas experimentales necesarias para implementar esta propuesta, en particular un resonador óptico, se han desarrollado en el grupo de Rempe en los últimos años.

Una prueba del alcance de la mecánica cuántica.

Los investigadores se mostraron inicialmente escépticos en cuanto a si sería posible generar y detectar de manera confiable dichos estados cuánticos de gato enredado con la tecnología disponible.

La mayor dificultad radica en la necesidad de minimizar las pérdidas ópticas en su experimento. Una vez que se logró esto, se encontró que todas las mediciones confirmaban la predicción de Schrödinger. El experimento permite a los científicos explorar el ámbito de aplicación de la mecánica cuántica y desarrollar nuevas técnicas para la comunicación cuántica.

Para el experimento se utilizó una cámara de vacío y láseres de alta precisión para aislar un solo átomo y manipular su estado. En el núcleo de la configuración hay un resonador óptico, que consta de dos espejos separados por una ranura de solo 0,5 mm de ancho, donde un átomo puede quedar atrapado. Un pulso de láser se alimenta en el resonador y se refleja, y por lo tanto interactúa con el átomo.

Como resultado, la luz reflejada se enreda con el átomo. Al realizar una medición adecuada en el átomo, el pulso óptico se puede preparar en un estado de superposición, al igual que el del gato de Schrödinger. Una característica especial del experimento es que los estados entrelazados pueden generarse de manera determinista. En otras palabras, se produce un estado de gato en cada prueba.

“Hemos logrado generar estados ópticos de gatos voladores y hemos demostrado que se comportan de acuerdo con las predicciones de la mecánica cuántica. Estos hallazgos demuestran que nuestro método para crear estados de gatos funciona y nos permitió explorar los parámetros esenciales", dijo Stephan Welte, miembro del equipo.

Por su parte, Bastian Hacker también del equipo aseguró que lograron no solo “crear un estado de gato específico, sino arbitrariamente muchos de estos estados con diferentes fases de superposición: todo un zoológico, por así decirlo. Esta capacidad podría ser utilizada en el futuro para codificar información cuántica”.

“El gato de Schrödinger originalmente se incluyó en una caja para evitar cualquier interacción con el medio ambiente. Nuestros estados de gato óptico no están encerrados en una caja. Se propagan libremente en el espacio. Sin embargo, permanecen aislados del medio ambiente y conservan sus propiedades en largas distancias”, agrega Rempe.

En el futuro, se podría utilizar esta tecnología para construir redes cuánticas, en las que “los estados ópticos de gatos voladores transmiten información", explica Rempe. Finalmente, por esto es importante el último logro de su equipo.


Victor Román
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.

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