Los físicos establecen un nuevo récord cuántico con el ‘gato de Schrödinger’ más pesado hasta el momento: ScienceAlert

Un diminuto cristal vibrante que pesa apenas más que un grano de arena se ha convertido en el objeto más pesado jamás registrado en una superposición de ubicación.

Físicos del Instituto Federal Suizo de Tecnología (ETH) en Zúrich han acoplado un resonador mecánico con un tipo de circuito superconductor comúnmente utilizado en computación cuántica para replicar de manera efectiva el famoso experimento mental de Erwin Schrödinger en una escala sin precedentes.

Irónicamente, Schrödinger sería algo escéptico de que algo tan grande, bueno, cualquier cosa, pueda existir en un estado nebuloso de realidad.

Los estados de superposición no tienen equivalente en nuestra experiencia diaria. Mire una caída de fútbol y puede rastrear su tasa de caída con un cronómetro. Su posición de descanso final es tan clara como el día, e incluso la forma en que gira en vuelo es obvia.

Si cierras los ojos durante la caída, no hay razón para pensar que estos estados de ubicación o comportamiento puedan ser diferentes. Sin embargo, en la física cuántica, características como la posición, el giro y el impulso solo existen de manera significativa cuando ves la pelota descansando en el suelo.

Junto con ese otro peso pesado de la física teórica, Albert Einstein, Schrödinger no estaba exactamente interesado en interpretaciones de experimentos que sugirieran que las partículas carecían de propiedades definidas hasta que una observación les dio una.

Para mostrar lo absurda que era la idea, el premio Nobel austriaco describió un escenario en el que la posición no observada de una partícula estaba vinculada a la vida de un gato no observado.

Imagine, si lo desea, una partícula arrojada al azar de un átomo en descomposición, que golpea un contador Geiger, revienta un vial de veneno y mata instantáneamente a un gato. Dado que todo esto sucede dentro de una caja, los eventos y su tiempo no se observan.

Pasando por lo que se llama el Interpretación de Copenhague de la física cuántica, el sistema invisible existe en un estado de todas las posibilidades hasta que se observa su estado final. La partícula es tanto emitida como no emitida. El contador Geiger se enciende y se apaga. El vial de veneno está roto y no roto. Y el gato está vivo y muerto.

Este borrón mortal es prácticamente imposible de imaginar, pero se representa fácilmente en el ecuación de onda del propio diseño de Schrödinger.

Casi un siglo después, el gato de Schrödinger ya no es una broma. Se ha observado no solo en partículas diminutas, sino también en moléculas enteras (sin mencionar grupos de miles de átomos). Podemos manipular la caja para asegurarnos de que el gato nunca muera. Incluso podemos jugar con la configuración para separar el chat. De hecho, tecnologías enteras se basan en los principios mismos de los objetos en estados de superposición.

Aunque ningún gato real se ha visto jamás amenazado por un experimento cuántico, porque, ya sabes, la ética, la teoría sigue siendo clara. Objetos tan grandes como gatos, o incluso humanos, elefantes o incluso dinosaurios, pueden existir en estados de superposición, al igual que los electrones, los quarks y los fotones.

Las matemáticas dejan poco lugar a dudas, pero observar los efectos de una existencia tan borrosa a gran escala es una historia completamente diferente.

A nivel atómico, se puede ver un rastro de destinos incumplidos utilizando equipos bastante rudimentarios. A medida que aumentan las propiedades de los objetos, las huellas dactilares de la superposición se vuelven más difíciles de desentrañar experimentalmente.

En el último experimento, un resonador de ondas acústicas de alta masa armónica, o HBAR, servido como gato de 16,2 microgramos. Lo que le faltaba en bigotes y aliento a pescado, lo compensaba con el hecho de que podía tararear en un rango corto de frecuencias cuando funcionaba con corriente.

«Al superponer los dos estados de oscilación del cristal, creamos efectivamente un gato de Schrödinger que pesa 16 microgramos». dicho autor principal y físico de ETH Zurich Yiwen Chu.

Para las funciones de un átomo radiactivo, un contador Geiger y un veneno, el equipo utilizó un transmonun circuito superconductor que sirvió como fuente de energía, sensor y superposición para el experimento.

La combinación de los dos permitió a los investigadores poner el HBAR en movimiento para que sus oscilaciones vibren en dos fases a la vez, un fenómeno que se propaga a través del transmon.

Hasta dónde podrían llegar los experimentos futuros es una pregunta abierta. En un nivel práctico, empujar los límites de escala de la superposición podría conducir a nuevos métodos para hacer que la tecnología cuántica sea más robusta o formar la base de herramientas cada vez más sensibles para estudiar la materia y el cosmos.

Básicamente, todavía hay preguntas sobre qué significa que la materia esté en una superposición. A pesar de décadas de progreso en la precisión de la mecánica cuántica, existen todavía no hay claridad sobre por qué abrir la caja debería marcar una diferencia en el destino del gato de Schrödinger.

Lo que significa exactamente convertir un quizás en realidad sigue siendo un misterio en la física de partículas, como cuando a Schrödinger se le ocurrió su absurda idea de un gato que no debería ser.

Esta investigación fue publicada en Ciencia.