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El experimento del gato de Schrödinger o paradoja de Schrödinger es un experimento imaginario concebido en 1935 por el físico Erwin Schrödinger para exponer una de las consecuencias menos intuitivas de la mecánica cuántica. Ahora, han logrado mantener durante mucho más tiempo la coherencia cuántica de qubits superconductores

La metáfora, o chiste paradojal, que inventó Schrödinger del icónico gato da mucho juego. Su propuesta fue para criticar el absurdo al que podemos llegar cuando asumimos que se puede dar un estado cuántico superpuesto en el mundo macroscópico. No obstante, sí se lo puede utilizar para explicar ciertos conceptos de Mecánica Cuántica (MC). Obviamente la decoherencia cuántica hace imposible mantener objetos como los gatos en una superposición de estados; no hace falta abrir una caja con un gato real porque el estado ya colapsó hace mucho tiempo y no hay superposición de estados. Pero incluso con las partículas también es así.

Según la mecánica cuántica, pueden existir estados que sean una superposición de varios. Así, por ejemplo, podemos tener un electrón con dos estados de espin a la vez. Una que se ha tomado la medición, la función de ondas del electrón colapsaría a un estado en concreto. Siguiendo con la analogía, el gato está vivo y muerto a la vez hasta que abrimos la caja y lo comprobamos. El acto de abrir la caja sería el acto de la medición.

Ahora nos podemos plantear si es posible la realización de mediciones débiles que permitan “abrir la caja” sin que colapsemos la función de ondas, y “veamos” el gato vivo y muerto a la vez. Naturalmente, esto se intenta hacer con partículas y otros sistemas cuánticos pequeños, no con gatos reales. La idea es mantener la coherencia cuántica durante el tiempo necesario y suficiente en los futuros computadores cuánticos. Un qubit no es más que una superposición de estados; cuantos más estados superpuestos mejor.

El más sencillo es la superpoción dos estados de bit: (00), (01), (10) y (11). Un sistema computacional formado por qubits podría hacer operaciones con ellos de tal modo que el alto grado de paralelismo computacional (operamos todos los estados superpuestos a la vez) permitiría abordar problemas que resultan muy costosos en computación, como la factorización de números muy grandes. Lo malo es que en la física del mundo real la decoherencia cuántica destruye los qubits a poco de formarse, y no da tiempo a hacer casi ninguna operación. Parece imposible mantener la superposición durante un tiempo indefinido.

R. Vijay (de la Universidad de Berkeley) y sus colaboradores han conseguido mantener la coherencia cuántica durante mucho más tiempo que hasta ahora. Los qubits con los que han trabajado están implementados con un sistema superconductor Josephson acoplado a una cavidad de microondas, o lo que se llama un transmón.

Hace unos 10 años se propuso sobre el papel un sistema capaz de mantener la coherencia. La idea se basaba en un bucle retroalimentado que usaba mediciones débiles. Lo que ha conseguido este grupo de investigadores es precisamente la implementación física de esta idea.

Sin ningún tipo de control, un sistema de éstos colapsa al cabo de unos pocos microsegundos, y desaparece la superposición si ésta existe. Pero con el sistema de retroalimentación han conseguido mantener la coherencia cuántica durante 20 milisegundos gracias a 10.000 mediciones débiles (actuación del sistema de control).

Las medidas introducen cambios aleatorios en el ritmo de oscilación del sistema que no pueden ser predichos, y que finalmente destruyen la coherencia, pero estos investigadores fueron capaces de medir muy rápido e introducir un cambio equivalente pero opuesto, que compensaba la alteración introducida de tal modo que es como si no se midiera. Haciendo estos muchas veces (10.000 veces) han conseguido esta mejora del tiempo en el que se mantiene la coherencia. Es un sistema activo de control que trabaja de forma similar a como lo haría un marcapasos.


Esquema del sistema empleado

Vijay y sus colaboradores han logrado todo esto gracias a que han logrado fabricar un nuevo tipo de amplificador. Aunque por motivos técnicos estos investigadores sólo han conseguido esos 20 milisegundos, creen que se podría ampliar el tiempo durante el cual se mantiene la coherencia de forma arbitraria.

Puede que mantener el gato superpuesto vivo y muerto durante 20 milisegundos a base de abrir un poquito la caja diez mil veces parezca poco, pero son varios órdenes de magnitud respecto a cuando no se ejerce ningún sistema de control.

La ciencia avanza así, poco a poco. O puede que sea como la fusión nuclear controlada, que cada veinte años nos prometen que en veinte años ya la tendremos. Quizás tengan razón los que sostienen que desde los años sesenta del pasado siglo no se ha avanzado significativamente en ciencia y tecnología.

Fuente: Neofronteras y otros. Aportado por Eduardo J. Carletti

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