Un pulso láser rebotó en un átomo de rubidio y entró en el mundo cuántico, asumiendo la extraña física del "gato de Schrödinger". Luego otro hizo lo mismo. Luego otro.
Los pulsos láser no crecían bigotes ni patas. Pero se convirtieron en el famoso experimento de pensamiento de física cuántica del gato de Schrödinger de una manera importante: eran objetos grandes que actuaban como criaturas simultáneamente muertas y vivas de la física subatómica, existiendo en un limbo entre dos estados simultáneos y contradictorios. Y el laboratorio en Finlandia donde nacieron no tenía límite de cuántos podían hacer. Pulso tras pulso se convirtió en una criatura del mundo cuántico. Y esos "gatos cuánticos", aunque existieron solo por una fracción de segundo dentro de la máquina experimental, tenían el potencial de ser inmortales.
"En nuestro experimento, el fue enviado al detector de inmediato, por lo que fue destruido justo después de su creación", dijo Bastian Hacker, investigador del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Alemania, que trabajó en el experimento.
Pero no tenía por qué ser así, dijo Hacker a Live Science.
"Un estado óptico puede vivir para siempre. Entonces, si hubiéramos enviado el pulso al cielo nocturno, podría vivir miles de millones de años en su estado".
Esa longevidad es parte de lo que hace que estos pulsos sean tan útiles, agregó. Un gato láser de larga vida puede sobrevivir al viaje a largo plazo a través de una fibra óptica, lo que lo convierte en una buena unidad de información para una red de computadoras cuánticas.
Gato cuántico, vivo y muerto
Entonces, ¿qué significa hacer un pulso láser como el gato de Schrödinger? En primer lugar, el gato no era una mascota. Fue un experimento mental que el físico Erwin Schrödinger propuso en 1935 para señalar la irracionalidad de la física cuántica que él y sus colegas estaban descubriendo.
Así es como funciona: la física cuántica dicta que, bajo condiciones particulares, una partícula puede tener dos rasgos contradictorios al mismo tiempo. El giro de una partícula (una medida cuántica que no se parece mucho al giro que vemos en la escala macro) podría estar "arriba" y al mismo tiempo estar "abajo". Solo cuando se mide su rotación, la partícula colapsa de una forma u otra.
Los físicos tienen varias interpretaciones de este comportamiento, pero la más popular (llamada interpretación de Copenhague) dice que la partícula no está realmente girando o girando antes de que se observe. Hasta entonces, se encuentra en una especie de nebuloso mundo subterráneo entre los estados, y solo decide sobre uno u otro cuando un observador externo lo obliga.
Schrödinger notó que esto tenía algunas implicaciones extrañas.
Se imaginó una caja de acero opaco, que contenía un gato, un átomo y un vial de vidrio sellado de gas venenoso. Si el átomo se descompuso (una posibilidad, pero no una cosa segura, gracias a la mecánica cuántica), un mecanismo en la caja rompería el vidrio y mataría al gato. Si el átomo no se descomponía, el gato viviría. Deje al gato en la caja durante una hora, dijo Schrödinger, y el gato terminaría en una "superposición" entre la vida y la muerte.
El problema con eso, estaba insinuando, es que no tiene ningún sentido.
Y, sin embargo, el gato de Schrödinger se ha convertido en una especie de taquigrafía útil para cosas a escala macro que obedecen las leyes de la física clásica, pero que interactúan con objetos cuánticos de modo que no tienen ni un rasgo ni otro completamente.
En el nuevo experimento, descrito en un artículo publicado el 14 de enero en la revista Nature Photonics, los investigadores crearon pulsos láser que están en superposición entre dos posibles estados cuánticos. Llamaron a los pequeños pulsos "estados de gato óptico volador".
Para hacerlos, primero confinaron el átomo de rubidio a una cavidad entre dos espejos de solo 0.02 pulgadas (0.5 milímetros) de ancho (aproximadamente el ancho de un grano de sal). El átomo puede estar en uno de tres estados: dos estados "básicos" o un estado "excitado". Cuando la luz entró en la cavidad, se enredó con el átomo, lo que significa que su estado estaba fundamentalmente relacionado con el estado del átomo.
Luego, cuando el pulso de luz golpeó un detector de luz, tenía signos reveladores de intermediación, ninguno de los cuales actuaba como si estuviera enredado con un tipo de átomo u otro. Era un gato volador hecho de luz.
Esa interrelación tuvo que ver con la posición de las ondas de luz, dijo Hacker. Después de mirar el átomo, la luz continuó moviéndose a través del espacio como una ola: colina y valle, colina y valle.
Pero se volvió incierto si en algún momento dado la ola de luz estaba llegando a la cima de una colina o descendiendo a un valle, dijo Hacker a Live Science.
La luz actuaba como si tuviera al menos dos ondas diferentes que la componen, cada una una imagen especular de la otra.
(En realidad, la luz podría tener formas aún más posibles: su onda siempre tenía al menos alguna posibilidad de ocupar cada punto entre la parte superior de una "colina" y el fondo de un "valle". Pero dos ondas de imagen especular representaban dos estados inciertos más probables).
Los investigadores dijeron que en el futuro, esta capacidad de enviar gatos en movimiento de un lugar a otro podría ser útil para la creación de redes cuánticas. Esto se debe a que las redes cuánticas probablemente dependerán del envío de luz de un lado a otro entre las computadoras cuánticas, dijo Hacker, en lugar de la electricidad.
"Lo más fácil de enviar serían fotones individuales, pero cuando se pierden, su información transportada desaparece", dijo. "Los estados Cat pueden codificar información cuántica de una manera que permita detectar la pérdida óptica y corregirla. Aunque cada transmisión óptica tiene pérdidas, la información se puede transmitir perfectamente".
Dicho esto, todavía queda trabajo por hacer. Si bien los investigadores pudieron crear los gatos "determinísticamente", lo que significa que un gato surgía cada vez que realizaban su experimento, los gatos no siempre sobrevivieron al corto viaje al receptor de luz. La óptica es complicada y, a veces, la luz se apaga antes de llegar allí.
Además, una persona razonable podría cuestionar si estos pulsos de luz realmente cuentan como los gatos de Schrödinger. Ciertamente son objetos clásicos, lo que significa que siguen las leyes deterministas de los objetos a gran escala, pero los investigadores reconocieron en el documento que a una escala de solo cuatro fotones, el láser estaba al borde de la escala macroscópica y cuántica; y, por lo tanto, se podría decir que son macroscópicos solo bajo la más amplia de las definiciones.
"De hecho, pocos fotones no se parecen en nada a un objeto macroscópico del mundo real", dijo Hacker. "El punto de pulsos ópticos coherentes como los que usamos es que la amplitud se puede ampliar continuamente sin ningún límite fundamental".
En otras palabras, claro, estos son algunos gatos pequeños. Pero no hay razón para que la misma idea básica no pueda usarse para hacer algunos felinos Schrödinger gigantes.
Pero los investigadores confiaron en última instancia en usar el término, y el "estado del gato volador óptico" tiene un anillo.
