El gato coherente de Schrödinger aún desconcierta

La famosa paradoja del gato de Schrödinger parte de los principios de la física cuántica, y termina con la extravagante conclusión de que un gato puede estar a la vez en dos estados físicos - uno en el que el gato está vivo y otro muerto. En la vida real, sin embargo, los grandes objetos tales como gatos, claramente no están en una superposición de dos o más estados, y esto es una paradoja que normalmente se resuelve en términos de la decoherencia cuántica. Pero ahora, físicos de Canadá y Suiza defienden que, incluso si pudiese evitarse la decoherencia, la dificultad de hacer medidas perfectas evitaría que confirmásemos la superposición del gato. Erwin Schrödinger, uno de los padres de la teoría cuántica, formuló su paradoja en 1935 para destacar el aparente absurdo del principio de superposición cuántico - que un objeto cuántico no observado esté simultáneamente en múltiples estados. Ideó una caja negra que contenía un núcleo radiactivo, un contador Geiger, un vial de gas venenoso, y un gato. El contador Geiger está preparado para liberar el gas venenoso, matando al gato, si detecta cualquier radiación procedente de la desintegración nuclear. El espeluznante juego se desarrolla de acuerdo con las reglas de la mecánica cuántica, debido a que la desintegración nuclear es un proceso cuántico.

^MSi se deja el aparato durante un periodo de tiempo y luego se observa, puedes encontrar que el núcleo haya decaído o no, y por tanto que el veneno se haya liberado o no, y que el gato esté muerto o no. Sin embargo, la mecánica cuántica nos dice que, antes de que se realice la observación, el sistema está en una superposición de ambos estados - el núcleo se ha desintegrado y a la vez no lo ha hecho, el veneno se ha liberado y no, y el gato está tanto vivo como muerto.

ezclando micro y macro

El gato de Schrödinger es un ejemplo de "entrelazamiento micro-macro", a través del cual la mecánica cuántica permite (en principio) que un objeto microscópico tal como un núcleo atómico y un objeto macroscópico como un gato tengan una relación mucho más estrecha de lo permitido por la física clásica. Sin embargo, está claro para cualquier observador que los objetos microscópicos obedecen a la física cuántica, mientras que los macroscópicos siguen las reglas clásicas que experimentamos en nuestra vida cotidiana. Pero si ambos están entrelazados, es imposible que cada uno esté gobernado por distintas reglas físicas.

La forma más común de evitar este problema es apelar a la decoherencia cuántica, a través de la cual las interacciones múltiples entre un objeto y su entorno destruyen la coherencia de la superposición y entrelazamiento. El resultado es que los objetos parecen obedecer la física clásica, incluso aunque en realidad siguen las leyes de la mecánica cuántica. Es imposible que un sistema grande, como un gato, se mantenga completamente aislado de su entorno, y por tanto, no lo percibimos como un objeto cuántico.

Aunque no discuten esta explicación, Christoph Simon y sus colegas de la Universidad de Calgary y la Universidad de Ginebra, se han preguntado qué pasaría si la decoherencia no afectase al gato. En un experimento mental respaldado por simulaciones por ordenador, los físicos consideran un par de fotones (A y B) generados a partir de la misma fuente con polarizaciones iguales y opuestas y viajando en sentidos opuestos. Para cada par, el fotón A se envía directamente a un detector, pero el fotón B se duplica muchas veces mediante un amplificador, para crear un haz de luz macroscópico que hace las veces de gato. Se miden entonces las polarizaciones de los fotones de este haz de luz.

Dos tipos de amplificador

Consideran dos tipos de amplificador. El primero mide el estado del fotón B, lo cual tiene el efecto de destruir el entrelazamiento con A, antes de producir más fotones con la polarización que se mida en el fotón B. Esto es como el proceso clásico puro de observar el contador Geiger para ver si ha detectado radiación, y luego usar la información para decidir si matar o no al gato. El segundo amplificador copia el fotón B sin medir su estado, preservando de esta forma el entrelazamiento con A.

Los investigadores se preguntan cómo variarán las polarizaciones de los fotones medidas en el haz de luz dependiendo del amplificador usado. Encontraron que, si pudiese lograrse una resolución perfecta, el resultado sería bastante diferente. Sin embargo, con las técnicas experimentales disponibles actualmente, no pueden observarse las diferencias. "Si tienes un gran sistema y quieres ver en él características cuánticas como el entrelazamiento, tienes que asegurarte de que la precisión es extremadamente buena", explica Simon. "Tienes que ser capaz de distinguir un millón de fotones de un millón de fotones más uno, y ninguna tecnología actual te permitiría hacer eso".

El teórico de la información cuántica, Renato Renner del ETH en Zurich está impresionado: "Incluso si no hubiese decoherencia, este artículo explicaría por qué no vemos efectos cuánticos y por qué el mundo nos parece clásico, lo que es una cuestión fundamental, desde luego". Pero, advierte, "El artículo genera una pregunta fundamental y nos da una respuesta en un caso interesante especial, pero aún queda por ver si es general".

La investigación se publicará en la revista Physical Review Letters.