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Físicos encuentran la manera de "detectar y salvar" al gato de Schrödinger


El gato de Schrödinger, un experimento mental previsto por el físico austríaco Erwin Schrödinger en 1935, es una paradoja que aplica el concepto de superposición de la física cuántica a los objetos encontrados en la vida cotidiana.

La idea es que un gato se coloque en una caja sellada con una fuente radiactiva y un veneno que se activará si un átomo de la sustancia radiactiva se desintegra. La física cuántica sugiere que el gato está vivo y muerto, a la misma vez, hasta que alguien abre la caja y, al hacerlo, cambia el estado cuántico.

Ahora, un equipo de físicos de la Universidad de Yale y de la Universidad de Auckland ha descubierto cómo detectar y salvar al famoso "gato de Schrödinger", anticipando sus saltos cuánticos y actuando en tiempo real para salvarlo. El descubrimiento permite a los físicos configurar un sistema de alerta temprana para saltos inminentes de átomos artificiales, que contienen información cuántica.

Saltos cuánticos
Para un objeto pequeño como un electrón, una molécula o un átomo artificial que contiene información cuántica (un 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 qubits, que son las manifestaciones de los errores en los cálculos.

Los saltos cuánticos fueron teorizados por el físico danés Niels Bohr hace un siglo, pero no se observaron hasta la década de 1980, en los átomos.

El estudio
Los nuevos experimentos observan al mecanismo real de un salto cuántico, por primera vez.

Los resultados revelan un hallazgo sorprendente que contradice la opinión establecida de Niels Bohr: los saltos cuánticos no son abruptos, ni tan aleatorios como se pensaba anteriormente.

“Estos saltos ocurren cada vez que medimos un qubit. Se sabe que los saltos cuánticos son impredecibles a largo plazo”, dijo el profesor Michel Devoret, de la Universidad de Yale y del Instituto Quantum de Yale.

"A pesar de eso, queríamos saber si sería posible obtener una 'señal de advertencia anticipada', de que un salto cuántico está a punto de ocurrir de manera inminente", agregó el Dr. Zlatko Minev de la Universidad de Yale.

Los experimentos

Los científicos utilizaron 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 el equipo 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 físicos ver una repentina ausencia de fotones para la detección (estos son fotones emitidos por un estado auxiliar del átomo excitado por las microondas); esta pequeña ausencia es la advertencia anticipada de un salto cuántico.

"El efecto mostrado por este experimento es el aumento de la coherencia durante el salto, a pesar de su observación", dijo el profesor Devoret.

"Podemos aprovechar esto, no solo para detectar el salto cuántico, sino también para revertirlo", agregó el Dr. Minev.

Este es un punto crucial. 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 determinado y no aleatorio; El salto siempre se produce de la misma manera predecible desde su punto de inicio aleatorio.

"Los saltos cuánticos de un átomo son análogos a la erupción de un volcán", dijo el Dr. Minev.

“Son completamente impredecibles a largo plazo. No obstante, con la supervisión correcta podemos detectar con certeza una advertencia anticipada de un desastre inminente y actuar en consecuencia, antes de que haya ocurrido".

Referencia del documento científico:
Z.K. Minev et al. Para atrapar y revertir un salto cuántico en pleno vuelo. Nature, publicado en línea el 3 de junio de 2019; doi: 10.1038 / s41586-019-1287-z

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