Un gato vivo y muerto en dos sitios al mismo tiempo

Erwin Schr?dinger recibi¨® un Nobel por sus aportaciones a la f¨ªsica, tiene un cr¨¢ter a su nombre en la cara oculta de la Luna y realiz¨® aportaciones filos¨®ficas fundamentales para la gen¨¦tica. Sin embargo, su nombre es mundialmente conocido por un experimento mental que plante¨® en 1935 en el que un gato pod¨ªa estar muerto y vivo al mismo tiempo. En aquel caso creado para ilustrar la extra?eza de la mec¨¢nica cu¨¢ntica, que el f¨ªsico austriaco calificaba de rid¨ªculo, se introduc¨ªa un gato en una caja de acero junto a una peque?a cantidad de material radiactivo. La cantidad era tan peque?a que solo exist¨ªa un 50% de posibilidades de que durante la hora siguiente uno de los ¨¢tomos decayese. Si eso suced¨ªa, se activar¨ªa un mecanismo que llenar¨ªa la caja de ¨¢cido cianh¨ªdrico, uno de los gases t¨®xicos utilizados en las trincheras de la Primera Guerra Mundial, y el gato morir¨ªa.

De acuerdo con los principios de la mec¨¢nica cu¨¢ntica, durante el tiempo que durase el experimento, el gato estar¨ªa vivo y muerto al mismo tiempo, resultado de un fen¨®meno conocido como superposici¨®n. Sin embargo, esa circunstancia cambiar¨ªa cuando abri¨¦semos la caja para acabar con la incertidumbre. En ese momento, de vuelta a la dura e incontrovertible realidad de la f¨ªsica cl¨¢sica, el gato estar¨ªa o vivo o muerto.

Dos part¨ªculas entrelazadas lo seguir¨¢n estando aunque las separen un mill¨®n de kil¨®metros

Con el tiempo, los cient¨ªficos han sido capaces de manipular los estados cu¨¢nticos de la materia y es posible que en el futuro este conocimiento sirva para construir potentes ordenadores cu¨¢nticos. Esta semana, en un art¨ªculo que se publica en la revista Science, un equipo de f¨ªsicos de la Universidad de Yale (EE UU) muestra c¨®mo ha logrado mantener un "gato de Schr?edinger" cu¨¢ntico vivo y muerto en dos lugares a la vez.

En realidad, estos gatos cu¨¢nticos son grupos de hasta cuatro fotones con estados entrelazados pese a estar en recipientes separados. El entrelazamiento es un fen¨®meno cu¨¢ntico por el que las part¨ªculas subat¨®micas pueden alinear sus estados cuando est¨¢n en contacto y mantenerlo despu¨¦s separadas, incluso a millones de kil¨®metros de distancia. El equipo de Yale, liderado por Chen Wang, fue capaz de introducir los fotones en recept¨¢culos separados y modificar su estado, como el gato que est¨¢ vivo o muerto, observando c¨®mo cambiaban de forma coordinada.

El inter¨¦s del trabajo, seg¨²n explica Oriol Romero-Isart, investigador en el Instituto de F¨ªsica Te¨®rica de la Universidad de Innsbruck (Austria), es que ¡°permite crear dos qbits (sistemas cu¨¢nticos que servir¨ªan para gestionar la informaci¨®n en ordenadores cu¨¢nticos) y aplicar correcciones para que duren m¨¢s¡±. La inestabilidad de estos qbits hace que sean poco pr¨¢cticos para construir m¨¢quinas cu¨¢nticas y es un reto para producir aplicaciones pr¨¢cticas con este tipo de f¨ªsica. Normalmente, sin la aplicaci¨®n de correcciones, un qbit se destruir¨ªa en menos de un segundo. Con las correcciones, comenzar¨ªa acerc¨¢ndose la posibilidad de emplear el potencial de un sistema en el que las part¨ªculas no solo sirven para codificar informaci¨®n a partir de unos y ceros, como en la computaci¨®n convencional, sino que pueden aprovechar la posibilidad de que est¨¦n en varios estados al mismo tiempo.

La capacidad del grupo de Yale para crear ¡°gatos de Schr?dinger¡± de un gran n¨²mero de fotones es importante porque para corregir los errores que hacen que el qbit se diluya en muy poco tiempo es mejor tener un sistema con muchas piezas. ¡°Si nos imaginamos un sistema que pueda tener varios estados, en el que las part¨ªculas son canicas rojas y azules, si solo tienes una canica, cuando cambia el color, pierdes la informaci¨®n. Pero si tengo 100 canicas del mismo color, si solo cambia una de informaci¨®n, podr¨ªa reparar el error y mantener la informaci¨®n gracias al resto¡±, explica Romero-Isart.

Los simuladores cu¨¢nticos ser¨¢n una aplicaci¨®n previa a los potentes ordenadores cu¨¢nticos

Las posibilidades que abren estudios como el publicado en Science son enormes, pero la extra?eza cu¨¢ntica tiene sus l¨ªmites. Aunque dos part¨ªculas entrelazadas seguir¨¢n est¨¢ndolo aunque las mandemos a planetas separados por un mill¨®n de kil¨®metros, este sistema no servir¨ªa para transmitir informaci¨®n m¨¢s r¨¢pido que la luz. La f¨ªsica no permite esa herej¨ªa y en este caso se conserva el dogma porque no es posible manipular a nuestro antojo el estado de esas part¨ªculas entrelazadas.

Entre las aplicaciones pr¨¢cticas m¨¢s cercanas de las m¨¢quinas cu¨¢nticas, Romero-Isart, que ha planteado la posibilidad de realizar un experimento en el que un objeto con millones de ¨¢tomos est¨¦ en dos lugares a la vez, se?ala la simulaci¨®n cu¨¢ntica. ¡°Se tratar¨ªa de hacer un prototipo, de la misma manera que se hace con modelos de menor tama?o en aviaci¨®n, para recrear un sistema cu¨¢ntico muy complejo, como la f¨ªsica de los s¨®lidos¡±, se?ala. ¡°Saber c¨®mo interaccionan los electrones en un s¨®lido puede ayudarnos a entender c¨®mo se puede crear un material en el que haya superconductividad a temperatura ambiente¡±, a?ade. Ahora, los materiales empleados para conducir la electricidad a temperatura ambiente, como el cobre, producen una enorme resistencia que limita su eficiencia. Este tipo de progresos llegar¨ªan antes que los ordenadores cu¨¢nticos, una tecnolog¨ªa posible, pero que a¨²n requerir¨¢ mucho tiempo para hacerse realidad.