Gatos cuánticos de luz (NIST)

Seguramente has oído hablar del experimento mental propuesto por el físico Erwin Schrödinger en 1935. Este alemán, en los albores de la física cuántica, utilizó la “paradoja del gato” para explicar la superposición de estados de una función de onda, algo que aún hoy, casi 80 años más tarde, sigue siendo bastante complicado de entender. Un grupo de físicos del NIST han realizado un experimento que reproduce la paradoja de Schrödinger, pero utilizando fotones en lugar de felinos. ¿Cuales serán sus aplicaciones prácticas?

De todas las polémicas características que presenta la física cuántica, la más impactante es la que permite a las funciones de onda describir combinaciones de dos o más estados simultáneamente. Eso inspiró a Erwin Schrödinger para escribir su “paradoja del gato”. Esta paradoja, de la que ya hemos hablado extensamente en Neoteo, proponer un experimento en el que un gato -siempre según los principios de la física cuántica- estaría vivo y muerto a la vez. Si bien la naturaleza macroscópica de un felino hace que las propiedades de los cuantos no se apliquen al él, una sola partícula puede -en teoría- desatar la serie de acontecimientos explicados por Schrödinger y que, eventualmente, llevarían al gato o bien a la muerte, o bien a una larga vida.

A pesar de que todo esto puede sonar muy extraño para los no iniciados, los físicos pueden lidiar perfectamente con esos temas gracias a los modelos que han desarrollado luego de décadas de incesante y arduo trabajo. Cuando es posible, se diseñan experimentos destinados a comprobar tal o cual propiedad, y por lo general los resultados reflejan lo que las ecuaciones habían predicho. Uno de estos experimentos acaba de ser realizado por un equipo de científicos del  National Institute for Standards and Technology (NIST).  Gerrits Thomas, quien ha estado a cargo del experimento, se encuentra redactando un detallado informe sobre el mismo, que será publicado próximamente. Pero mientras esto ocurre, los físicos están en condiciones de adelantar algunas conclusiones: han sido capaces de crear verdaderos “gatos cuánticos” hechos de fotones (partículas de luz), que -según explican- podrán mejorar los equipos destinados a efectuar medidas de precisión, la informática y las comunicaciones.

El equipo del NIST ha creado su “gato cuántico fotónico” utilizando los principios de la óptica y pulsos de un láser ultra rápido. El láser ha servido para excitar unos cristales especiales, creando una nueva forma de luz conocida como “squeezed vacuum” (algo así como “vacío comprimido”). Esta luz se hizo pasar luego a través de un dispositivo llamado divisor de haz. Los fotones se identificaron mediante un sensor creado por el NIST,  que es capaz de detectar y contar fotones individuales.  Dependiendo del número de fotones que se emiten y los que se cuentan, más un montón enorme de cálculos que solo los locos físicos del NIST son capaces de comprender, se obtiene el equivalente cuántico de la superposición de dos haces láser con fases opuestas. La pregunta que debemos hacernos, aún cuando todo el proceso realizado nos suene a chino, es “¿Para qué me sirve esto?” El NIST ha encarado este experimento y otros relacionados no solo por el “hambre de conocimientos” que suele caracterizar a los científicos, sino por que comprender cabalmente el comportamiento de estos nuevos estados de la luz servirá para mejorar las técnicas de medición denominadas “interferometría”, que sirven para medir distancias utilizando la interferencia que se crea entre dos haces de luz. Además, creen que esta investigación también puede contribuir al desarrollo de la prometida informática cuántica, que –según nos han jurado una y otra vez– algún día podría resolver problemas que son inabordables con los ordenadores actuales. La seguridad también puede ser mejorada con estos sistemas, gracias a los (recientemente violados) algoritmos de cifrado cuántico.

Como puedes ver, todo resulta bastante vago. Seguramente en el “paper” que está escribiendo Gerrits Thomas no vamos a encontrar algo tan concreto como “gracias a este experimento mañana vamos a tener una memória de ordenador más rápida” o “se terminaron los problemas de seguridad”. Con un poco de suerte, esto sentará las bases sobre las que, mucho trabajo mediante, en una o dos décadas se pueda construir algún dispositivo basado en este nuevo estado de la luz. Mientras tanto, seguimos de cerca estos experimentos y las novedades que puedan surgir de los laboratorios especializados.