¿Podrían haber “resuelto” la paradoja del Gato de Schrödinger, el desafío más grande de la física cuántica?

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Mediante un complejo e histórico experimento realizado en la Universidad de Yale, reportado en junio, estaríamos en condiciones de preguntarnos si efectivamente el gato “se salvó o no”. Qué significa esto y cómo podría impactar en el desarrollo científico y tecnológico, desde la mirada del doctor en física santafesino Eduardo Albanesi. Certezas e interrogantes


Por Mariano Ruiz Clausen

“El experimento del Gato de Schrödinger es conceptual (imaginario), planteado en 1935 por el físico austríaco Erwin Schrödinger, para explicar lo que él consideraba como inconsistencias en la interpretación estándar de la mecánica cuántica, que se basa en la idea de saltos cuánticos impredecibles y discretos ( o ‘discontinuos’), cuando ocurre una transición de un estado a otro diferente de un sistema cuántico”, comenzó explicando a Aire Digital el santafesino Eduardo Albanesi.

Albanesi es doctor en Física en el área de Materia Condensada e investigador del CONICET en el Instituto de Física del Litoral (IFIS-CONICET-UNL), donde dirige el Grupo de Simulación Computacional de Nanomateriales y Dispositivos, incluyendo la temática de Transporte Cuántico.

Inicialmente, explicó que “la física cuántica tiene su rango de aplicación en el universo de lo extremadamente pequeño como es el tamaño atómico, respecto a nuestra percepción macroscópica del mundo que nos rodea”.

Profundizando señaló que, «en este rango de lo pequeño, el estado general de un sistema cuántico, como un átomo, un fotón de luz o un electrón, se describe como “una superposición de posibles estados particulares que puede tener ese sistema”. Cuando uno hace un experimento se dice que uno observa el sistema o lo mide, y esta observación perturba o modifica ese estado original, porque no es posible disminuir siempre esa modificación hasta hacerla insignificante. En la realidad cuántica, el observador forma parte del propio sistema que observa, no puede separarse del mismo completamente».

—¿Qué plantea la paradoja del Gato de Schrödinger?

—El experimento plantea el caso de un gato dentro de una caja cerrada con cuyo interior no podemos interactuar, o ver desde afuera. Dentro de la caja existe un mecanismo aleatorio, impredecible, que si se activa, produce la muerte del gato. Desde el punto de vista cuántico, decimos que el estado del gato es una superposición de las dos posibilidades, que son, vivo (si no se activó el mecanismo) y muerto (si se activó). En términos más formales, se habla de que en estas condiciones el estado es coherente. Podemos insistir aquí, que es un experimento imaginario, nada se lleva a cabo realmente con un gato, animal o nada que se le parezca. A veces se han ejemplificado las teorías de esta manera para aumentar el dramatismo de las ideas involucradas, y para hacer más notorias las contradicciones propuestas. Y la paradoja existe porque, según nuestra percepción diaria, desde la física clásica, antes de abrir la caja, el gato está vivo, o está muerto, no existe otra posibilidad.

 

¿Hay “gato encerrado”?

 

—Y qué es lo ‘paradójico’?

Desde el punto de vista cuántico, mientras no abramos la caja o midamos alguna propiedad dentro, decimos que el estado del gato es una superposición de las dos posibilidades, y el gato está vivo y muerto al mismo tiempo. Abrir la caja para mirar o medir alguna propiedad del interior significa en principio, perturbar el sistema, y obligar al sistema cuántico a definirse por alguna de las dos posibilidades: si lo hacemos veremos al gato ciertamente vivo, o ciertamente muerto. Esta es la transición, o lo que también se denomina salto cuántico, que lleva desde la realidad cuántica a nuestra realidad clásica“.



“En todo caso, vamos a tener que usar mejores claves para nuestras cuentas bancarias o cuentas en la nube, porque las actuales podrían llegar a ser descifradas en segundos por los jóvenes del futuro que tengan acceso a una computadora cuántica”, ilustró Eduardo Albanesi


—¿Qué tan ‘real’ –si es que cabe el término– es la afirmación que la paradoja está “resuelta”? Y en tal caso, ¿cómo fue resuelta?

—En principio, los autores del trabajo que aparece en la revista científica Nature a principios del junio de este año, no mencionan en la publicación que intentan resolver la paradoja, y menos que finalmente lo hagan. La discusión sobre la posible solución a la paradoja, aparece en las noticias de la Universidad de Yale, donde trabajan algunos de los autores, y que luego el resto de la prensa toma y re-difunde. Además, es también importante decir que los autores afirman claramente hacia el final de su artículo en Nature, que sus resultados no son incompatibles con la visión estándar de la física cuántica sobre los saltos cuánticos impredecibles, para escalas de tiempo mayores al momento particular y muy corto en el que realizan sus mediciones.Considero entonces que las ideas, controversias, y puntos de vista sobre la paradoja aun se mantienen, y siguen abiertas tal como viene ocurriendo desde los orígenes de la física cuántica.

“Pero es importante destacar –enfatizó Albanesi– que el trabajo avanza sobre la posibilidad de poder predecir cuándo un salto cuántico está a punto de ocurrir, y fundamentalmente que estas mediciones se realizan manteniendo la coherencia del estado cuántico, es decir, sin perturbarlo y manteniéndolo como venía originalmente. Poder hacerlo, no solo aporta a la discusión de los fundamentos físicos que estamos comentando, sino que también es un gran avance tecnológico en la forma de manipular un sistema cuántico, y tiene gran relevancia para las aplicaciones prácticas, particularmente en mejorar el funcionamiento de las computadoras cuánticas”

 

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El gran objetivo de empresas y gobiernos: desarrollar y controlar las computadoras cuánticas

 

 

 

—¿Qué implicancias tiene entonces para el desarrollo de las ciencias aplicadas, y/o para el avance de la tecnología, más allá del modo en que cambian los debates dentro de la Física en sí misma?

—La idea de “controlar” hasta cierto punto el funcionamiento de la computadora cuántica, se relaciona con la corrección de errores, que cuando se producen llevan a la decoherencia del sistema, y así a la introducción de errores en los resultados. En la tecnología de las computadoras cuánticas, hay todavía procesos que no se explican del todo, en parte tal vez por no conocerse acabadamente, y en parte posiblemente por estar ligados a secretos tecnológicos. Es interesante notar que empresas como Google asociada con la Nasa, o IBM que trabaja con distinto grado de asociación con diversas empresas y entidades académicas, están fuertemente involucradas en el desarrollo de computadoras cuánticas. Al presente IBM permite que un prototipo de computadora cuántica sea usada on-line por la comunidad internacional para experimentar con software en diferentes problemas, como encriptación, diseño de toma de decisiones y configuraciones moleculares entre muchas temáticas posibles. Los problemas que se pueden abordar son aún modestos, pero el logro tecnológico y la potencialidad futura es enorme. Mucho más aún con esta mejora en la posibilidad de corrección de errores, como resulta el trabajo que estamos comentando.

—¿Entonces, podríamos decir que la noticia vinculada con el famoso gato deja en claro, además, que  partir de ahora puede acelerarse o facilitarse el desarrollo de computadoras cuánticas?

—Una gran implicancia de estos nuevos logros es la posibilidad de corregir errores en el funcionamiento. Los errores dificultan enormemente el uso de las computadoras cuánticas en la actualidad. Los errores son la pérdida de coherencia en el proceso, y que lleva a un resultado final erróneo. Estos investigadores mostraron que son capaces de predecir cuándo empezaría a producirse la decoherencia, y pueden actuar antes de que ella ocurra, para mantener el estado como venía hasta ese momento, es decir, coherente y sin que se produzca el error.

 

Máquinas “que piensan”

 

—Si pudiéramos enumerar los ‘beneficios’ que esto puede implicar para la humanidad en términos de avances en calidad de vida en sentido amplio, si este fuera aplicable al caso, ¿qué destacaría? Y eventualmente qué ‘riesgos’ habría. 

—Los beneficios de la computación cuántica serían poder resolver, en segundos, problemas que con las computadoras clásicas tomarían cientos o millones de años. Las aplicaciones son ilimitadas, pero ya hemos mencionado algunos actuales, como encriptación, diseño de toma de decisiones, diseño de nuevos materiales, diseño de medicamentos entre muchas otras temáticas. No hay riesgos particulares, al menos buscados.

“Presentaría los mismos riesgos que las computadoras clásicas actuales, que en principio nos han mejorado ampliamente la calidad de vida. Por supuesto, como siempre, podría utilizarse una computadora clásica o una cuántica, para controlar eventos que produzcan daños a la humanidad. Igual que con cualquier otro avance científico. En todo caso, vamos a tener que usar mejores claves para nuestras cuentas bancarias o cuentas en la nube, porque las actuales podrían llegar a ser descifradas en segundos por los jóvenes del futuro que tengan acceso a una computadora cuántica”, ilustró Eduardo Albanesi.

—Finalmente, ¿el gato se salva?

—Esta parecería ser la pregunta del millón, sin embargo como la naturaleza no es determinista, sino que responde a las leyes de la mecánica cuántica, podemos quedarnos tranquilos porque la respuesta cuántica es muy fácil: “sí y no” (risas).

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