El experimento imaginario del gato de Schrödinger fue concebido en 1935 por Erwin Schrödinger y ha sido el símbolo de la superposición cuántica y la imprevisibilidad, pero investigadores de la universidad de Yale han logrado resolver la incógnita que plantea el experimento.
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Imaginemos que hay un gato, junto a un matraz con veneno y un dispositivo con una partícula radiactiva, dentro de una caja sellada. Si el dispositivo detecta radiación rompe el frasco, liberando el veneno que mata al gato.
La teoría de la superposición de la física cuántica sugiere que hasta que alguien abra la caja, el gato está vivo y muerto, una superposición de estados. Abrir la caja para observar al gato hace que cambie abruptamente su estado cuántico de forma aleatoria, lo que obliga a estar vivo o muerto.
Erwin Schrödinger
El descubrimiento permite a los investigadores configurar un sistema de alerta temprana para saltos inminentes de átomos artificiales que contienen información cuántica. El resultado del estudio fue publicado en la revista Nature el 3 de Junio.
El salto cuántico es el cambio discreto (no continuo) y aleatorio en el estado cuando se observa.
El experimento, realizado en el laboratorio del profesor de Yale Michel Devoret y propuesto por el autor principal Zlatko Minev, se asemeja por primera vez al funcionamiento real de un salto cuántico.
Los resultados revelan un hallazgo sorprendente que contradice la opinión establecida del físico danés Niels Bohr: los saltos no son abruptos ni aleatorios como se pensaba anteriormente.
Para un objeto pequeño como un electrón, una molécula o un átomo artificial que contiene información cuántica (conocida como qubit), un salto cuántico es la transición repentina de uno de sus estados de energía discretos a otro. En el desarrollo de las computadoras cuánticas, los investigadores deben lidiar con los saltos de los qubits, que son las manifestaciones de los errores en los cálculos.
«Estos saltos ocurren cada vez que medimos un qubit», dijo Devoret, el Profesor de Física y Física Aplicada de F.W. Beinecke en Yale y miembro del Instituto Quantum de Yale. «Se sabe que los saltos cuánticos son impredecibles a largo plazo».
«A pesar de eso», agregó Minev, «Queríamos saber si sería posible obtener una señal de advertencia anticipada de que un salto está a punto de ocurrir de manera inminente».
Los investigadores dicen que administrar de manera confiable los datos cuánticos y corregir los errores a medida que ocurren es un desafío clave en el desarrollo de computadoras cuánticas completamente útiles.
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Identificando los saltos cuánticos
El equipo de Yale utilizó un enfoque especial para monitorear indirectamente un átomo artificial superconductor, con tres generadores de microondas que irradian el átomo encerrado en una cavidad 3D hecha de aluminio.
El método de monitoreo doblemente indirecto, desarrollado por Minev para circuitos superconductores, permite a los investigadores observar el átomo con una eficiencia sin precedentes.
La radiación de microondas agita el átomo artificial a medida que se observa simultáneamente, dando como resultado saltos cuánticos. La pequeña señal cuántica de estos saltos se puede amplificar sin perder la temperatura ambiente.
Aquí, su señal puede ser monitoreada en tiempo real. Esto permitió a los investigadores ver una repentina ausencia de fotones de detección (fotones emitidos por un estado auxiliar del átomo excitado por las microondas); esta pequeña ausencia es la advertencia anticipada de un salto cuántico.
«Los saltos cuánticos de un átomo son algo análogos a la erupción de un volcán», dijo Minev. “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.
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«El hermoso efecto mostrado por este experimento es el aumento de la coherencia durante el salto, no importando su observación», dijo Devoret. Minev agregó: «Puede aprovechar esto para no solo atrapar el salto, sino también revertirlo».
Mientras que los saltos cuánticos aparecen discretos y aleatorios a largo plazo, revertir un salto cuántico significa que la evolución del estado cuántico posee, en parte, un carácter determinista y no aleatorio; el salto siempre se produce de la misma manera predecible desde su punto de inicio aleatorio.
