El gato de Schrödinger salva por fin su vida

Ya es posible medir la superposición de estados sin perturbar un sistema cuántico: un modelo matemático consigue observar al gato de Schrödinger sin poner en peligro su vida. Nuevo paso para la comprensión de la mecánica cuántica

Una de las grandes cuestiones de la física de partículas es que resulta bastante complicado observarlas sin que esa observación cambie su naturaleza, lo que ha derivado en la suposición de que la realidad, en su estado más elemental, es inaccesible al conocimiento humano.

Holger F. Hofmann, profesor asociado de Física en la Universidad de Hiroshima en Japón, explica al  respecto: “para mirar, debemos tener luz, y la luz cambia el objeto. De hecho, incluso un solo fotón de luz transfiere energía al objeto que se está mirando.”

Una interpretación de esta evidencia es que, como no se puede medir nada sin alterarlo, eso significa que todo lo que sabemos del mundo cuántico es algo de alguna forma subjetivo: despende del observador (que ilumina la realidad para poder observarla).

Volviendo al gato de Schrödinger

Es una polémica muy antigua que se remonta a 1935, cuando el físico Erwin Schrödinger propuso un ejemplo imaginario para explicar esta paradoja: si tenemos un gato dentro de una caja en la que hemos introducido por un lado alimento y por el otro veneno, al final es el dueño del gato el que decide su suerte al abrir la caja: estará vivo o muerto según lo que el observador quiera encontrarse.

Tal como explicamos en otro artículo, sin embargo, el efecto del gato de Schrödinger se ha diluido en la historia de la Física cuántica a medida que la observación se ha ido complejizando: en la actualidad se cuestiona que podamos tener alguna influencia directa en la creación de los procesos físicos.

Sin embargo, otra investigación más reciente ha establecido que es posible observar lo que ocurre dentro de la caja antes de que el gato tome la decisión de tomar el alimento o el veneno, algo que hasta ahora se consideraba imposible.

En consecuencia, considera plausible que podamos anticipar el movimiento del gato e impedir que, por ejemplo, tome el veneno.

El salto cuántico que conduciría al gato a la muerte incluso podemos revertirlo y retrotraer en el tiempo al gato envenenado y recuperarlo vivo, según esta última investigación. En esta interpretación, el observador vuelve a recuperar cierto protagonismo.

Más lejos todavía

Una nueva investigación, desarrollada por el citado Holger F. Hofmann, y por Kartik Patekar, del Instituto Tecnológico de Bombay (India), ha llegado ahora más lejos en este enredo teórico sobre la naturaleza del mundo cuántico y las posibilidades de que lo conozcamos como es, e incluso de que podamos influir en su dinámica.

Este equipo ha desarrollado un modelo matemático que permite separar dos momentos del proceso de observación: la mirada y el resultado. Asegura que ahora es posible observar al gato de Schrödinger sin poner en peligro su vida. Los resultados se publican en la revista New Journal of Physics.

En el ejemplo imaginario de Schrödinger, mientras nadie mira dentro de la caja, el gato está realmente vivo y muerto a la vez, a la espera de que alguien decida su suerte. El gato está en lo que en física cuántica se conoce como superposición de estados.

Hofman recurre al ejemplo del gato de Schrödinger para explicar lo que ha conseguido. En vez de mirar dentro de la caja, una cámara fotográfica consigue tomar una instantánea de lo que en ese momento está sucediendo en su interior.

Imagen borrosa

La foto así adquirida es borrosa: podemos ver al gato, pero no sabemos si está vivo o muerto. Pero la imagen nos dice algo más: el flash ha eliminado la superposición de estados (la etiqueta cuántica) y el futuro del gato depende ahora de cómo procesemos la foto (algo ajeno al sistema cuántico en sí mismo).

Es decir, la foto (una imagen) es la que está asociada al futuro del gato, y no el observador (directamente).

La foto, explica Hofmann, se puede procesar en un ordenador o en un cuarto oscuro y dependiendo de esa elección, sabremos si el gato está vivo o muerto, e incluso si el flash de la cámara fotográfica influyó o no en su estado final.

La ventaja de esta fórmula es que permite determinar si el gato está vivo o muerto sin necesidad de abrir la caja (y exponernos a encontrarlo muerto), así como restaurar la etiqueta cuántica (la superposición de estados). Pero estas dos ventajas no se pueden disfrutar a la vez.

Aportación física

Lo que viene a significar este ejemplo es que los autores de esta investigación han conseguido una forma de medir un sistema cuántico sin cambiarlo.

Han comprobado que la información de un sistema cuántico observado desde fuera (la supuesta cámara fotográfica) permite determinar su estado, en función del método analítico que se escoja.

También que, aunque ese análisis está fuera del sistema cuántico, es posible restaurar la superposición inicial de estados y medirla mediante una lectura cuidadosa de los datos cuánticos.

Tal como explican en su artículo, al elegir el método indirecto de medición (a través de una imagen), la resolución de esa imagen (que señala la cantidad de información extraída del sistema cuántico) y la perturbación (todo lo que ha cambiado el sistema por la medición) se equilibran.

Es decir, al separar (artificialmente, en un marco matemático) la observación y el resultado, han conseguido medir un sistema cuántico sin perder la superposición de estados.

“Esto es solo un paso adelante en nuestra comprensión de la mecánica cuántica”, explica Hofmann. Todavía nos queda mucho por aprender del gato de Schrödinger.


Referencia bibliográfica:

The role of system–meter entanglement in controlling the resolution and decoherence of quantum measurements. Kartik Patekar and Holger F Hofmann. New Journal of Physics, Volume 21, October 2019. DOI: 10.1088 / 1367-2630 / ab4451.

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