29/Dic/05

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Observan científicos efecto de gato cuántico

La capacidad de existir en dos estados al mismo tiempo es una propiedad peculiar de la física cuántica conocida como "superposición".

(AFP) - Científicos del Instituto Nacional de Medidas y Tecnología, del Departamento Nacional de Comercio de Estados Unidos (NIST, por sus iniciales en inglés), lograron hacer girar a seis átomos en direcciones opuestas al mismo tiempo, en un estado superpuesto conocido como "del gato de Schrödinger", que obedece leyes inusuales de la física cuántica, de acuerdo al propio Instituto.

La ambiciosa coreografía podría ser utilizada en computación cuántica y criptografía, así como en técnicas ultrasensibles de medidas, que dependen del control exquisito de las partículas más pequeñas de la naturaleza.

El experimento fue un inusual desafío incluso para los científicos acostumbrados a cruzar el límite entre el mundo macroscópico y cuántico, en donde se enlazaron seis iones de berilio (átomos cargados) de modo que sus núcleos giraran colectivamente a la derecha y a la izquierda al mismo tiempo.

El enlazamiento, que Albert Einstein llamó "acción fantasma a distancia," ocurre cuando las características cuánticas de dos o más partículas se correlacionan.

"Es muy difícil controlar seis iones de manera precisa por un tiempo suficientemente largo para un experimento como éste", dijo el físico Dietrich Leibfried, uno de los autores del articulo que fue publicado en la revista Nature.

La capacidad de existir en dos estados al mismo tiempo es una propiedad peculiar de la física cuántica conocida como "superposición".

Los iones del NIST fueron colocados en la más extrema superposición de posibles estados de giro o espines con seis iones.

Los seis núcleos giraron en una dirección y la dirección opuesta simultáneamente, algo que los físicos llaman estados del gato de Schrödinger.

El nombre fue acuñado en un ensayo famoso de 1935 en el cual el físico alemán Erwin Schrödinger describió un caso teórico extremo de dos estados simultáneos; a saber un gato que está muerto y vivo al mismo tiempo.

El punto de Schrödinger era que gatos dentro de cajas y nunca observados en tales estados en el "mundo verdadero" o macroscópico "se encuentran en el límite donde las características extrañas de la mecánica cuántica, el libro de la regla para las partículas más pequeñas de la naturaleza, son llevadas a la experiencia diaria".

La sonrisa del gato de Schrödinger

El experimento mental fue propuesto por el físico alemán para explicar la naturaleza de las observaciones y predicciones de la teoría cuántica. Schrödinger propuso una caja que contenía un gato, una partícula radiactiva y un frasco de veneno.

La partícula radiactiva tenía un 50% de probabilidades de desintegrarse en un plazo de una hora; si lo hacía, el veneno se liberaba y el gato moría.

La partícula y el gato constituían por lo tanto un sistema sometido a las leyes de la mecánica cuántica, ya que la suerte del gato dependía de la suerte de la partícula.

Como para cualquier otro sistema cuántico, el gato y la partícula estaban descritos por una función de onda.

La pregunta de Schrödinger era: ¿Está el gato vivo o muerto? Schrödinger afirmaba, siguiendo la interpretación clásica de la cuántica conocida como interpretación de Copenhague, que sólo el hecho de observar el interior de la caja hacía que el gato viviese o muriese.

Hasta la intervención de un observador externo, el gato estaba en un extraño estado vivo-muerto. Al abrir la caja y mirar, el observador colapsaba la función de onda a un estado u otro.

El trabajo del NIST, se encuentra aún lejos de enlazar los átomos completos de un gato verdadero, pero amplía el dominio donde los estados del gato de Schrödinger pueden existir con por lo menos seis átomos.

El equipo austriaco utilizó un acercamiento distinto para entrelazar más iones (ocho) pero en un estado menos sensible.

En el experimento del NIST, los iones se sostienen apartados algunos micrómetros en una trampa electromágnetica.

Láseres ultravioletas se utilizan para enfriar los iones cerca del cero absoluto manipulándolos en tres pasos.

Para crear y para mantener los estados del gato cuántico, los investigadores templaron finamente las condiciones de la trampa para reducir el calor indeseado de los iones, improvisando cámaras de enfriamiento mejoradas, y automatizado algunos de las calibraciones y otros procesos antes manuales.

El tiempo del experimento toma cerca de 1 milisegundo; mientras que el estado del gato cuántico cerca de 50 microsegundos.

El equipo realizó el experimento con éxito miles de veces, incluyendo numerosos enlazamientos entre cuatro, cinco, o seis iones.

Futuro cuantico

El enlazamiento y la superposición se están explotando en laboratorios alrededor del mundo en el desarrollo de nuevas tecnologías tales como computadoras cuánticas.

Si pudieran ser construidas, podrían solucionar ciertos problemas en un tiempo exponencialmente más corto que las computadoras convencionales de tamaño similar.

Por ejemplo, las supercomputadoras actuales requerirían años para romper los mejores códigos cifrados (que se utilizan para guardar las transacciones de bancos e información importante secreta), mientras que las computadoras cuánticas podrían descifrar rápidamente los códigos.

Las computadoras cuánticas también pueden ser útiles para optimizar sistemas complejos tales como los horarios de líneas aéreas y la base de datos de firmas digitales de "fraude-prueba", búsqueda en base de datos, o simulando sistemas biológicos complejos, así como en el diseño de fármacos.

Los estados del gato cuántico, como son superposiciones de características totalmente opuestas son relativamente fáciles de verificar, y podrían ser útiles en un diseño propuesto por el NIST para computadoras cuánticas a prueba de fallos.

Además, los estados del gato cuántico son más sensibles al disturbio que otros tipos de superposiciones, una característica potencialmente útil en ciertas formas de cifrado cuántico, un nuevo método para proteger la información haciendo virtualmente imposible escuchar detrás de las puertas.

Los estados entrelazados creados por los investigadores del NIST también se pudieran utilizar para mejorar instrumentos de precisión tales como relojes o interferómetros atómicos que miden distancias microscópicas.

Seis iones enredados en un estado de gato cuántico son 2 1/2 veces más sensibles a los campos magnéticos externos que seis iones sin entrelazar, ofreciendo la posibilidad de mejores sensores del campo magnético, o (para los campos magnéticos externos fijos) de mejores sensores de frecuencia, que son componentes de relojes atómicos.

Además, las correlaciones entre los iones entrelazados podrían mejorar la precisión de las medidas, porque una medida del giro de uno de los iones entrelazados permite predecir con certeza la vuelta de todos los iones restantes.

Aportado por Eduardo J. Carletti