El 'gato de Schrödinger' más pesado de la historia arroja nueva luz sobre la computación cuántica

Investigadores del Instituto Federal Suizo de Tecnología (ETH) de Zúrich replicaron de manera efectiva el famoso experimento lógico del austriaco ganador del Premio Nobel Erwin Schrödinger en una escala de tamaño sin precedentes, comunicaron este lunes.

Para lograr este hito, el equipo de físicos acopló un resonador mecánico a un tipo de circuito superconductor comúnmente utilizado en computación cuántica. De esta manera, un diminuto cristal vibrante, de 16,2 millonésimas partes de un gramo, se ha convertido en el objeto más pesado jamás registrado en una superposición de estados. "Al poner los dos estados de oscilación del cristal en una superposición, hemos creado efectivamente un 'gato de Schrödinger' que pesa 16 microgramos", comentó el autor principal, Yiwen Chu.

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Los estados de superposición solo son concebibles por la mecánica cuántica, pues en nuestra realidad cotidiana podemos estimar la velocidad y la posición de un objeto a la vez con extrema precisión, independientemente de si lo observas o no. Sin embargo, en la física cuántica, las características precisas de las partículas tienen significado solamente cuando las observas.

La paradoja de Schrödinger

Schrödinger describió un escenario en el que la posición no observada de una partícula estaba vinculada a la vida de un gato no observado. El experimento consiste en meter a un gato imaginario en una caja sellada junto con una fuente de partículas y un frasco de veneno, todo ello imaginario también. Si la partícula disparada se rompe, el frasco con veneno se romperá, provocando la muerte del gato; pero en caso contrario, el frasco permanecerá intacto y el gato seguirá vivo.

Después de dispararse la partícula, el gato encerrado en la caja de Schrödinger está vivo y muerto a la vez (superposición de estados) hasta que alguien abra la caja para comprobarlo, y solo entonces cambiará abruptamente su estado a vivo o muerto. En la idea del austriaco, el cambio —o salto cuántico— se produce de forma aleatoria, con una probabilidad del 50 %, la misma probabilidad que tiene el átomo disparado de desintegrarse.

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Según los preceptos de la física cuántica, el sistema invisible existe en el estado de todas las posibilidades (superposición) hasta que se observa su estado final. De esta forma, la partícula es emitida y no emitida, el vial de veneno está roto y no roto y el gato está vivo y muerto, todo al mismo tiempo.

Replicar el experimento más allá de los límites

Si bien es relativamente fácil demostrar la superposición de los estados en las partículas subatómicas, como los electrones, los cuarks y los fotones, hallar las evidencias experimentales de la superposición en objetos más grandes (de tamaño molecular) se vuelve una tarea difícil. En este último experimento, un resonador de ondas acústicas a granel de armónicos altos (HBAR, por sus siglas en inglés) actuó como 'gato de Schrödinger'. El resonador podía zumbar en un rango corto de frecuencias cuando lo alimentaba una corriente.

Para simular las funciones de átomo radiactivo y veneno, el equipo utilizó un circuito superconductor (transmon), que sirvió como fuente de energía, fuente de superposición y sensor. Conectar ambos dispositivos permitió poner en movimiento el HBAR para que sus oscilaciones temblaran en dos fases a la vez, un fenómeno que retroalimentaba al transmon. Esta investigación fue publicada recientemente, en Science.

Empujar los límites de escala en la superposición podría conducir a nuevos métodos para hacer que la tecnología cuántica sea más robusta o formar una base de herramientas cada vez más sensibles para estudiar la materia y el cosmos.