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30/07/2014

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Realizan con seis fotones el experimento del gato de Schrödinger

Todo un récord de la física de partículas que nos acerca más a los ordenadores cuánticos


Un equipo internacional de físicos ha conseguido generar en laboratorio la intricación cuántica de seis fotones, realizando así el experimento de pensamiento conocido como gato de Schrödinger. Este resultado, que constituye todo un récord de la física de partículas, abre las puertas a una futura experimentación con los llamados qubits (unidades cuánticas de información), que son la base de los pretendidos ordenadores cuánticos. La mecánica cuántica aplicada al procesamiento de información computacional aún no ha podido convertirse en una realidad por problemas inherentes al propio funcionamiento de las partículas subatómicas, pero esta limitación está ahora más cerca de ser superada. Por Yaiza Martínez.


Yaiza Martínez
Escritora, periodista, y Directora de Tendencias21. Saber más del autor



Creación del gato de Schrödinger. WP.
Creación del gato de Schrödinger. WP.
Creación del gato de Schrödinger. WP.
Creación del gato de Schrödinger. WP.
Un equipo internacional de físicos ha conseguido generar en laboratorio la intricación cuántica de seis fotones, realizando así el experimento de pensamiento conocido como gato de Schrödinger.

El término intricación cuántica designa el hecho de que toda pareja o grupo de objetos cuánticos puede ponerse en una superposición de estados. Cada uno de estos estados describe muchos objetos a la vez, cuyas propiedades están vinculadas: si un objeto está en un cierto estado, determina en parte el estado de otro objeto.

El físico Erwin Schrödinger trató de explicar la intricación cuántica y la superposición de estados de una forma tan sencilla como inquietante: en una caja cerrada y opaca se mete un gato, una botella de gas venenoso, un átomo radioactivo con un 50% de probabilidades de desintegrarse y un dispositivo que, de desintegrarse la partícula, rompería la botella, produciendo la muerte del gato por envenenamiento.

Por tanto, el destino del gato dependía de un solo átomo que actuaría según la mecánica cuántica, por lo que todo el sistema estaría sometido a sus leyes. La llamada “interpretación de Copenhague” señala que estas leyes funcionan de la siguiente manera: mientras no abramos la caja, el gato está a un tiempo muerto y vivo y que sólo la acción de abrir la caja y observarlo reduce las probabilidades a una de ellas.

El rato en que el gato puede estar vivo o muerto es lo que se denomina una “superposición de estados” o superposición cuántica. Se trata de un estado evidentemente paradójico, pero que refleja el funcionamiento de la materia a escala subatómica.

Experiencias de laboratorio

Estos experimentos de pensamiento son en la actualidad meras experiencias de laboratorio que se desarrollan en la frontera de la mecánica cuántica. Abordan varios conceptos como la decoherencia y la “no localidad”, funciones que, según Roger Penrose, podrían estar implicadas incluso en el funcionamiento cerebral.

Sin embargo, la aplicación más práctica que puede derivarse de la superposición de estados es el hipotético desarrollo de ordenadores cuánticos, con unas capacidades de tratamiento de la información muy superiores a la de los ordenadores actuales y con unas garantías de seguridad absolutas.

La criptografía cuántica, a la que ya nos hemos referido, así como la teletransportación cuántica, de la que también hemos hablado, y los ordenadores cuánticos, son los desarrollos más significativos asociados a estos experimentos.

Del bit al qubit

En el caso de los ordenadores cuánticos, las aplicaciones de los estados superpuestos podrían ser espectaculares: de la representación de la información en cadenas de bits (unidades binarias de información) de los ordenadores clásicos, se pasaría a la representación cuántica de la información con los qubits (unidades que aúnan muchas más posibilidades de información que los bits), que permitirían almacenar y transmitir la información de una forma sin precedentes en la industria informática, pudiendo realizar un trabajo en paralelo que resulta imposible con los ordenadores actuales.

Un qubit representa una superposición de los bits 0,1 que se realiza en un mundo estrictamente cuántico, ya que en nuestro mundo clásico tal superposición se reduce necesariamente a uno de sus componentes 0, 1, con probabilidades respectivas que dependen del estado cuántico en cuestión (el famoso “colapso” del estado cuántico que se produce al medir el mismo o el momento en que se abre la caja del gato).

La existencia de qubits, junto al hecho de que dos o más de éstos puedan combinarse en los llamados estados superpuestos, abre un abanico de posibilidades en el dominio de la información, aunque la realidad es que los ordenadores cuánticos aún son una posibilidad muy remota, por problemas explicados en otro artículo de esta revista.

Un paso adelante

El científico Chao-Yang Lu y sus colegas de la University of Science and Technology de China, que han trabajado en colaboración con universidades austriacas y alemanas, quizá haya dado un paso adelante hacia la consecución de este tipo de informática cuántica.

Con el paso del tiempo, los físicos han descubierto que los estados cuánticos entrelazados (en los que varias partículas cuánticas se involucran de forma íntima), pueden analizarse de una manera eficaz con lo que se denominan “gráficos de estado”.

Se trata de gráficos matemáticos cuyos vértices representarían el espín de los sistemas cuánticos y cuyos bordes reflejarían las interacciones entre estos espines o momentos angulares de las partículas subatómicas.

Estos gráficos han servido al científico Lu y a sus colaboradores para representar una situación del tipo “gato de Schröedinger”, es decir, de superposición de estados cuánticos, pero con seis fotones, lo que supone todo un récord.

Futura experimentación

Los científicos siguieron una técnica con la que « bombearon » fotones en un cristal con la ayuda de un láser de luz ultra-violeta. Estos fotones tienen la propiedad de desintegrarse espontáneamente, dividiéndose a su vez en dos fotones intricados.

Tomando tres pares de estos fotones, y utilizando haces de luz para separarlos, se puede obtener diversos estados intricados de seis fotones, que permanecen polarizados en estado horizontal o vertical (similares al estado de “vivo” o “muerto” del gato de Schröedinger).

Según explican Lu y sus colegas en un artículo, los investigadores consiguieron por tanto realizar diversos tipos de estados intricados con los seis fotones, como el estado en racimo o el estado Greenberger-Horne-Zeilinger.

Asimismo, señalan que ligeras modificaciones en su método permitirían la creación de otros muchos estados gráficos. La importancia de esta posibilidad de variación radica en que se pueden generar diversos entrelazamientos de seis fotones, así como estados gráficos multiqubit, que servirían como dispositivo de experimentación para el desarrollo de la computación cuántica.


Domingo, 4 de Febrero 2007
Artículo leído 51263 veces


Nota



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1.Publicado por luigi el 04/02/2007 02:28
Hermoso artículo sobre un tema inquietante.-De haberse logrado lo expuesto se estaría más cerca de comprender y verificar la microcósmos a nivel subatómico.-Felicitaciones de ciencia cosmo global.-

2.Publicado por Gonzalez el 04/02/2007 17:13
Nos informa la enciclopedia virtual Wikipedia que la… “la superposición cuántica es la aplicación del principio de superposición a la mecánica cuántica. Ocurre cuando un objeto "posee simultáneamente" dos o más valores de una cantidad observable (e.g. la posición o la energía de una partícula). Más específicamente, en mecánica cuántica cualquier cantidad observable corresponde a un autovector* de un operador lineal hermitiano. La combinación lineal de dos o más autovectores da lugar a la superposición cuántica de dos o más valores de la cantidad. Si se mide la cantidad, el postulado de proyección establece que el estado será colapsado aleatoriamente sobre uno de los valores de la superposición (con una probabilidad proporcional a la amplitud de ese autovector en la combinación lineal)”. Hasta aquí la trascripción de Wikipedia.

Si cruzamos la información del anterior parágrafo sobre la superposición cuántica, con la que, en términos cuántico-informáticos nos suministra Yaiza Martínez en su muy interesante artículo y que nos dice: “…un qubit representa una superposición de los bits 0,1 que se realiza en un mundo estrictamente cuántico, ya que en nuestro mundo clásico tal superposición se reduce necesariamente a uno de sus componentes 0, 1, con probabilidades respectivas que dependen del estado cuántico en cuestión (el famoso “colapso” del estado cuántico que se produce al medir el mismo o el momento en que se abre la caja del gato). La existencia de qubits, junto al hecho de que dos o más de éstos puedan combinarse en los llamados estados superpuestos, abre un abanico de posibilidades en el dominio de la información, aunque la realidad es que los ordenadores cuánticos aún son una posibilidad muy remota, por problemas explicados en otro artículo de esta revista….”, si cruzamos, repito, ambas informaciones, podremos apreciar en su real dimensión la propuesta que he venido presentando a los lectores de Tendencias 21: existe naturalmente y con fines muy estrechamente ligados a nuestra también natural HUMANA condición**, un estado de continua y simétrica superposición cuántica llamada bosón, relacionada reciproca y UNITARIAMENTE, (es decir: no-linealmente) con su físico-lógico-ontólogico estado-par opuesto pero a su vez UNITARIAMENTE complementario: el estado discontinuo-asimétrico de tal superposición, denominado: par especular: fermión-antifermión.
……………………………………………….

* En las transformaciones lineales, un autovector es un vector que, o no se ve afectado por la transformación, o se ve multiplicado por un escalar que no varía su dirección.

** Ver:
http://www.upcomillas.es/webcorporativo/Centros/catedras/ctr/documentos/CORNELIOdic06.pdf

3.Publicado por luigi el 06/02/2007 03:09
Felicitaciones Gonzalez me agrada como encaras el tema del cual demuestras un conocimiento amplio.-La única observación si me permites que te haría es si puedes simplificar tus exposiciones para que, como dijo el gran Maestro A.E. sean más comprensibles a nivel popular con lo cual nos ilustraríamos hasta los neófitos.-saludos.-

4.Publicado por Gonzalez el 06/02/2007 17:24
Apreciado Luigi, gracias por tus palabras. Realmente me pones en un gran aprieto, puesto que es imposible reducir más las palabras con las que trascribo las abstractas ideas matemáticas que subyacen tras las especulares propiedades geométricas, intrínsecas al Sistema de Numeración Decimal y con las que la Naturaleza parece hablarnos de tu a tu. Para ti y para quienes como tú, se encuentran ante el mismo problema de comprender mis escritos, quizás más bien les sirva tener como intuitivo trasfondo, esta penetrante frase de Santiago Ramón y Cajal, en la que hace referencia a la esencia operativa de nuestro cerebro: “….el sublime espejo cerebral, donde aquella – la Naturaleza – , adquiere conciencia de si misma…”

Esto te lo sugiero, porque si en verdad haces conciencia simultánea acerca de que eres el reflejo de todo cuanto te rodea, a la vez de que todo cuanto te rodea es un reflejo tuyo, con el tiempo, poco a poco y con la invaluable ayuda del lenguaje, entenderás TOTAL y UNIFICADAMENTE, que tanto los discontinuos y asimétricos reflejos fermiónicos-antifermiónicos de ti mismo, como tus continuo-simétricos y bosónicos reflejos, configuran una superconsciente REALIDAD exclusivamente tuya y que te diferencia de la(s) REALIDAD(es) de los demás, de la misma manera que una huella dactilar o registro de ADN, te identifica a ti y a nadie más que ti.

¿No son acaso estas palabras, otra manera de entender, a profundidad, el bíblico mandato de amar al prójimo de la misma manera como te amas a ti mismo?

5.Publicado por Simplicio el 19/03/2008 02:38
Ya no entendi, hablen claro, ¿SE MURIO O NO SE MURIO EL GATO?

Aun veo todo en suposiciones, ¿eso significa que entendi o que no entendi? si asi es y si asi lo acepta quien mas sabe pues me doy por bien servido.


jajjaa, no se crean todo esta excelente, saludos.

6.Publicado por pORKOTE el 26/04/2008 17:04
No entiendo, como el gato puede estare vivo y muerto a la vez, una cosa es que no sepamos si esta vivo o muerto i otra bien diferente és que el gato este vivo o muerto.El estado del gato no depende de nosotros depende unicamente del sistema, i por lo tanto, estara o vivo o muerto, aunque no lo sepamos.
Alguien me lo puede explicar?

7.Publicado por El Gato el 28/04/2008 07:57

Me gusto mucho la manera en que exponen la información. Se que este no es un tema facil de tratar y, lo admito, no estoy tan involucrado con el tema como lo quisiera. Sin embargo, agradecería mucho el que pudieran ahondar sobre el "experimento imaginario" en si mismo, y con eso, aclarar algunas dudas que tengo.

Primero, no tengo una noción exacta sobre qué tanto podemos llevar de este "experimento imaginario" a la realidad. Creo que la intricación es el primer factor a debatir. Si pudiera cuestionarles algo sería lo siguiente: el "experimento" dicta que el sistema deberá estár formado por "una caja cerrada y opaca". En el artículo anterior se describe el estado del "gato" como "superpuesto", debido a que el experimentador no tiene certeza de si el gato está vivo o muerto (lo que a su vez lo obliga a "abrir" la caja). ¿Es la incertidumbre del experimentador parte del experimento también?

Supongamos, por el bien de la argumentación, que la caja fuera translucida. El experimentador podría medir al "gato" sin la necesidad de tener que vulnerar el sistema. Este tendría la certeza de si el "gato" esta vivo o muerto. Haciendo referencia a lo que pORKOTE mencionó, si llevamos esto a la realidad podríamos decir lo siguiente: en la realidad, nada ni nadie puede en estar completamente vivo y muerto al mismo tiempo, durante un tiempo considerable. No obstante, la incapacidad del observador de determinar un estado es lo que le genera incertidumbre. Mi pensar es que, en su tiempo, el difúnto físico Erwin Schrödinger (1887-1961) carecía de los métodos necesarios para medir su trabajo (por lo que tuvo que describir su "experimento" como una caja "opaca"). Aun hoy los cientificos debaten sobre la naturaleza de diversas cuestiones cuánticas, debido a la incertidumbre que tienen sobre el tema. Al no tener todas las respuestas su trabajo aun es como "una caja opaca". Podemos suponer que el debate finalizará una vez que logren entender a cabalidad su naturaleza y desarrollar el método correcto para medirlo.

Otra de mis cuestiones es ¿por que un gato?... Según el "experimento", cuando la 'partícula radioactiva' se desintegre, el 'dispositivo' mediría el estado final de esta y procedería a romper la 'botella de gas venenoso' que hay dentro de la caja. ¿Por qué debe haber un animal vivo en la caja, y por qué debe ser sacrificado? Dado que el punto del "experimento" es el estado físico de las partículas subatómicas ¿Qué no basta con que el experimentador se conforme con ver si la 'botella de gas venenoso' esta rota o no? Como se han de estar dando cuenta soy partidario en pro de los derechos de los animales y, SI... SI ESTOY ENTERADO QUE DE ESTE ES UN EXPERIMENTO PURAMENTE FICTICIO (Pero es que adoro a los gatos!).

No, ya en serio. ¿Cuál es el papel del gato en el experimento? Y si retiramos al gato de la caja ¿qué diferencia habria en los resultados (además de evitar la muerte del gato)? Por ultimo, ¿qué ejemplifica el papel que desarrolla el "gato" del "experimento" en la realidad? ¿Algún tipo de átomo? ¿Alguna función subatómoca dada?... ¿Era gas mostaza lo que contenía la "botella"? ¿Podría haber muerto el "gato" desde un principio, al exponerse demasiado a materiales radioactivos?... Bueno ya, mejor me callo.

Les agradecere a todos sus oportunos comentarios y explicaciones.

8.Publicado por slay el 04/03/2009 00:00
todo esto se debe a si el gato esta vivo o no al 'principio de incertidumbre'


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