La suerte del gato de Schrödinger no la decide el observador

Un equipo de físicos ha utilizado un átomo artificial para demostrar que es posible conservar con vida indefinidamente al gato de Schrödinger, así como acelerar su desaparición, sin necesidad en ambos casos de mirar dentro de la caja donde está encerrado.

Uno de los fundadores de la física cuántica, Erwin Schrödinger, imaginó en 1935 un ejemplo para explicar la superposición de estados, uno de los principios de la física cuántica. La superposición de estados se produce cuando un sistema físico, por ejemplo un fotón, existe simultáneamente en varios estados a la vez (onda y partícula), si bien cuando se le intenta medir, pierde esa condición múltiple y se concreta en uno de sus estados posibles.

Para explicarlo, Schrödinger imaginó un gato encerrado en una caja junto a una botella de gas venenoso y un dispositivo que, con una probabilidad del 50%, puede liberar el veneno y matar al gato.

Según el mundo cuántico, el gato está en realidad vivo y muerto a la vez, en una superposición de estados, hasta que un observador (el científico), abre la caja para ver lo que ha pasado y se concreta una de las opciones, dependiendo en gran parte del mismo observador.

Efecto Zenón

Desde fuera de la caja, no podemos saber si el gato está vivo o muerto hasta que la abrimos. Pero hay una posibilidad alternativa de participar en el experimento: ¿qué pasaría si miramos dentro de la caja mil veces por segundo? Entonces podemos retrasar la posible muerte del gato o, a la inversa, precipitar que el dispositivo libere el veneno y muera.

Ese retraso es conocido como “efecto cuántico Zenón” y la posible aceleración de su muerte como “efecto cuántico anti-Zenón.” El efecto Zenón viene a decir que es posible impedir la evolución de un sistema físico mediante la observación.

Toma su nombre del filósofo Zenón de Elea (490-430 AC), quien poniendo como ejemplo una flecha, decía que cuando atraviesa el espacio a toda velocidad, en un momento determinado la flecha está inmóvil. El efecto Zenón viene a decir que, de la misma forma, si un átomo puede ser medido continuamente para ver si conserva su estado inicial (el gato está vivo), siempre conservará ese estado (el gato nunca morirá).

La perturbación es la que provoca el efecto Zenón

Trasladado el efecto Zenón al mundo cuántico, significa que la medida continuada puede retrasar o acelerar la desintegración de un átomo radiactivo. Pero los investigadores de este estudio han querido profundizar en el efecto Zenón e interactuar con un sistema cuántico sin obtener información sobre su estado y posición, con la finalidad de comprobar si en este supuesto el efecto Zenón también estaría vigente, según se explica en un comunicado.

Hay que tener en cuenta que para obtener información de un sistema cuántico es necesario medirlo y que el mero hecho de la medición altera su situación original. Pero ¿qué pasaría si se perturba al sistema cuántico, pero no se le practica la medición? ¿El átomo exhibiría en ese supuesto los efectos Zenón y anti-Zenón?

El grupo de Kater Murch, de la Universidad de Washington en St. Louis, lo ha experimentado con un átomo artificial llamado qubit (quantum bit, o bit cuántico), un sistema cuántico con dos estados propios  que puede ser manipulado arbitrariamente.

Para probar el papel de la medición en los efectos Zenón, idearon un nuevo tipo de interacción de medida que perturba al qubit, pero que no aprende nada sobre su estado. A esta interacción la llaman “casi medida”, ya que en realidad no mide, sólo altera al átomo.

Así pudieron comprobar que estas “casi medidas” provocan también el efecto Zenón, como ocurre con las formas de medición habituales. Eso significa que en realidad es la perturbación que provoca la medida, y no el mero hecho de medir un sistema cuántico, lo que origina el efecto Zenón y el efecto anti-Zenón.

El gato, sometido al efecto Zenón

Esta nueva comprensión de la naturaleza de la medida en la mecánica cuántica permitirá el desarrollo de nuevas formas de controlar los sistemas cuánticos, señalan los investigadores en el artículo publicado en Physical Review Letters.

Volviendo al gato de Schrödinger, el efecto Zenón indica que si verificamos su estado muchas veces seguidas, reiniciamos el reloj de la desintegración del átomo (que abre la caja del veneno), lo que impide que el veneno esté a disposición del gato y que por ende termine muriendo. Y a la inversa, la verificación continuada del estado también puede precipitar la desintegración del átomo y matar al gato más rápidamente, porque el gato está sujeto a los efectos Zenón.

Ahora bien, como han comprobado que no es necesario obtener información para que esto ocurra (salvarle la vida al gato o precipitar su muerte), no hace falta que verifiquemos el estado del gato mirando dentro de la caja. Basta con agitarla para que se produzca uno de los efectos Zenón.

Referencia

Quantum Zeno Effects from Measurement Controlled Qubit-Bath Interactions. Phys. Rev. Lett. 118, 240401, Vol. 118, Iss. 24, 16 June 2017. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.240401