Física cuántica para aclarar el estado del gato de Schrödinger

El famoso experimento mental felino de Schrödinger mostró la dificultad de aplicar la teoría cuántica a la vida real. Pero los fotones tienen un comportamiento muy distinto al de los gatos. La superposición implica que los fotones pueden ser todas las cosas —en todos los estados y lugares— al mismo tiempo. Ni siquiera obedecen las leyes de causa y efecto por las que un suceso debe preceder a otro en un orden causal determinado.

Ahora, físicos financiados con fondos europeos de la Universidad de Viena han hallado una forma nueva de «ver» este orden causal indefinido, y han comparado su experimento con una corredora, Alice, que gana y pierde al mismo tiempo una carrera. Philip Walther y su equipo del proyecto EQUAM (Emulators of Quantum Frustrated Magnetism) entienden que barajar el orden causal les permitirá avanzar en ámbitos como la computación y las comunicaciones.

Solicito un testigo (causal)

El problema de la superposición es que al intentar «verla» o medirla, deja de existir, esto es, una partícula cuántica que era todas las cosas al mismo tiempo, de repente asume un estado definido. En resumen, si se abre la caja de Schrödinger se destruye el experimento. Así, aquellos que pretenden demostrar la ausencia de orden causal deben deducirlo a partir de un algoritmo en lugar de por mediciones directas. Pero el equipo de EQUAM ha descubierto un tercer modo.

Mediante el empleo de un concepto matemático denominado «testigo causal», diseñado por el equipo de Časlav Brukner en la Academia Austríaca de las Ciencias, Philip Walther y su equipo pudieron mostrar por vez primera que un proceso cuántico no posee un orden causal.

Un paso adelante significativo

En su experimento, los científicos se valieron de un dispositivo óptico para dividir un haz de luz en dos y se propusieron barajar el orden de los distintos caminos tomados. Para no perturbar este frágil proceso, crearon otro sistema cuántico encargado de «ofrecer una señal» al pasar la luz. El testigo causal midió este sistema cuántico adicional sin perturbar lo más mínimo la superposición.

El testigo causal confirmó que los fotones habían pasado por ambas operaciones cuánticas en dos órdenes al mismo tiempo. Dicho de otro modo, pudieron «ver» a Alice ganar y perder la carrera y medir el grado de superimposición de las dos situaciones. «Nuestra demostración experimental es un progreso importante en este ámbito, pues demuestra una forma de extraer información de estos procesos sin perturbar su naturaleza cuántica», explicó Giulia Rubino, autora principal del estudio.

Existe una gran cantidad de estudios sobre la función de las relaciones causales, pero el equipo del proyecto EQUAM logró transportar la teoría al laboratorio. El nuevo objetivo del equipo es crear superposiciones de procesos más complejos para desentrañar aún más las relaciones causales.

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