El universo se llena de gatos de Schrödinger: ya podemos esculpir la forma en la que vibra la materia a nivel fundamental

El famoso gato de Schrödinger es ese experimento mental en el que un felino en una caja cerrada está, de alguna forma, vivo y muerto a la vez. En el mundo cuántico, esto se conoce como "superposición". Estos "estados de gato" ya se han demostrado en fotones, electrones, moléculas e incluso en partículas metálicas masivas. Los estados vibracionales de los cristales también pueden superponerse.

Y aunque la superposición no es solo una curiosidad de la naturaleza, sino algo fundamental para todas las aplicaciones de la mecánica cuántica, hasta ahora, los sensores y los ordenadores cuánticos han utilizado principalmente la superposición de solo dos estados, a menudo con diferentes orientaciones de espín o niveles de energía. Estas superposiciones cuánticas (los llamados cúbits, la base de los ordenadores del futuro), están limitados a "dos vidas": solo pueden tener un estado, otro estado, o la mezcla de los dos.

Pero lo realmente nuevo sería: ¿y si pudiéramos tener un gato cuántico que esté en 3, 4 o más estados simultáneos, y además elegir cómo se comportan? Eso es exactamente lo que acaba de conseguir un equipo de la Universidad de Oxford, llevando este experimento a un nuevo nivel de complejidad, tal como explican en un artículo publicado en la revista Physical Review X.

Péndulos a escala atómica

Para lograr esta proeza, los investigadores usaron un ión de estroncio atrapado (un átomo cargado eléctricamente). Lo trataron como si fuera un "oscilador armónico", que no es otra cosa que un sistema físico que se mueve como un péndulo o un columpio. La gran innovación radica en cómo conectaron el estado interno de este átomo (su "espín", algo parecido a la rotación de una peonza) con su movimiento real de vaivén.

Al hacerlo, lograron crear estados físicos completamente antinaturales, conocidos como "estados comprimidos" (squeezed states), y, lo que es mejor, ponerlos en superposición. Dicho de manera más sencilla: hicieron que el átomo vibrara de múltiples formas extremadamente complejas a la vez. Y la gran ventaja: estos osciladores cuánticos pueden superponer más de dos estados y son más robustos que los cúbits convencionales.

El truco para lograr domar estos estados fue una técnica de medición a mitad del circuito. Primero, provocan una interacción entre el movimiento y la "rotación" del átomo para que queden entrelazados cuánticamente. Luego, hacen una medición muy cuidadosa solo sobre la parte de la rotación.

Esta medición "corta" el vínculo entre ambos, dejando al movimiento del átomo congelado en una superposición bellísima y exótica que antes solo existía en la teoría. Es como si pudieran esculpir la forma en la que vibra la materia a nivel fundamental.

El futuro de los ordenadores cuánticos

¿Y por qué nos importa todo esto? Porque los ordenadores cuánticos actuales cometen muchos errores al procesar información, y corregirlos es uno de los mayores desafíos de la ciencia moderna. Al poder crear y controlar superposiciones de osciladores tan complejas, donde la información no es solo "0 o 1", sino un mapa de vibraciones, los sistemas ganan muchísima más estabilidad.

Si en un cúbit clásico se pierde una partícula, hay un error fatal; pero en estos nuevos esquemas, la simetría es tan rica que el error se puede detectar y corregir fácilmente. En definitiva, es un paso gigantesco para lograr computadoras cuánticas verdaderamente potentes y sensores mucho más precisos.