Un gato de Schrödinger vivo y muerto en dos cajas al mismo tiempo

El gato de Schrödinger es un famoso experimento mental que explora la forma en la que un sistema cuántico, como un átomo o un fotón, pueden existir en varios estados a la vez, un fenómeno conocido como superposición cuántica.

Un gato desafortunado que se encierre en una caja puede estar o no vivo, pero los científicos que analizan la caja desde fuera no pueden saber su estado a menos que la abran. El animal, por tanto, puede estar tanto vivo como muerto cuando no se le observa.

De forma similar, en física cuántica, las partículas subatómicas pueden estar en un estado o en otro. Sin embargo, estas partículas también pueden estar entrelazadas, ‘conectadas’ de alguna forma en un estado único a través del espacio.

Ahora investigadores de la Universidad de Yale (EE UU) demuestran con un experimento que un ‘gato cuántico’ puede estar vivo y muerto pero, además, en dos lugares al mismo tiempo, según publican esta semana en la revista Science.

“El objetivo de nuestra plataforma es investigar y arrojar luz sobre la naturaleza del entrelazamiento, aplicándolo potencialmente a la computación cuántica y a la comunicación a larga distancia”, declara a Sinc Yvonne Gao, coautora del trabajo. “Mediante la explotación de estos estados entrelazados, también se allana el camino para realizar operaciones lógicas entre dos bits cuánticos con errores corregibles”.

Para realizar el experimento los científicos indujeron a un conjunto de fotones a tener estados iguales, entrelazarse. Para ello diseñaron un sistema con dos cavidades separadas (denominadas Alice y Bob, que actuan de ‘cajas’), y aplicaron ondas de luz, de tal manera que solo una longitud de onda puede existir en las cavidades en un momento dado, lo que las otorga cualidades similares aunque estén distanciadas.

Esquema del experiemento. / Chen Wang et al./Science

Las dos cavidades se puentearon con un superconductor, un átomo artificial que permite manipular los estados cuánticos dentro de los cajas. Así, el equipo sometió los fotones de una cavidad a un laberinto de puertas que les proporcionó un patrón de giros distintivo. De esta forma, los investigadores pudieron darle a los fotones dos estados distintos (como el gato vivo o muerto) y observaron el mismo estado en los fotones de la cavidad de al lado.

“Con esta arquitectura, somos capaces de introducir un ‘gato’ hecho de fotones de microondas confinadas, que se propaga a través de ambas cajas», señala Gao. «Como tal, su estado en cada cavidad está muy entrelazado con el de la otra, y no se puede describir por separado. Su destino es desconocido para nosotros a menos que abramos las dos cajas a la vez». Es decir, el gato solo está vivo y muerto en las dos cajas al mismo tiempo, nunca si una de ellas se abre.

“Hemos creado una situación nueva y más exótica para el gato de Schrödinger (con un ‘tamaño’ de momento de hasta 80 fotones), una superposición de estados coherentes de luz que viven y mueren en dos sitios al mismo tiempo”, concluye la investigadora de Yale. De hecho, el experimento del equipo se puede considerar el primer caso de este tipo de coherencia cuántica a escala macroscópica.