Puede haber una forma de echar un vistazo al gato de Schrödinger, el famoso experimento de pensamiento felino que describe el misterioso comportamiento de las partículas subatómicas, sin matar permanentemente al animal (hipotético).
El desafortunado gato imaginario está simultáneamente vivo y muerto dentro de una caja, o existe en una superposición de estados "muertos" y "vivos", al igual que las partículas subatómicas existen en una superposición de muchos estados a la vez. Pero mirar dentro de la caja cambia el estado del gato, que luego se vuelve vivo o muerto.
Ahora, sin embargo, un estudio publicado el 1 de octubre en el New Journal of Physics describe una forma de mirar al gato sin obligarlo a vivir o morir. Al hacerlo, avanza la comprensión de los científicos de una de las paradojas más fundamentales en la física.
En nuestro mundo ordinario a gran escala, mirar un objeto no parece cambiarlo. Pero acerque lo suficiente, y ese no es el caso.
"Normalmente pensamos que el precio que pagamos por mirar no es nada", dijo el autor principal del estudio Holger F. Hofmann, profesor asociado de física en la Universidad de Hiroshima en Japón. "Eso no es correcto. Para mirar, tienes que tener luz, y la luz cambia el objeto". Esto se debe a que incluso un solo fotón de luz transfiere energía desde o hacia el objeto que está viendo.
Hofmann y Kartik Patekar, que era estudiante universitario visitante en la Universidad de Hiroshima en ese momento y ahora está en el Instituto Indio de Tecnología de Bombay, se preguntaron si había una manera de mirar sin "pagar el precio". Aterrizaron en un marco matemático que separa la interacción inicial (mirar al gato) de la lectura (sabiendo si está vivo o muerto).
"Nuestra principal motivación fue observar con mucho cuidado la forma en que ocurre una medición cuántica", dijo Hofmann. "Y el punto clave es que separamos la medición en dos pasos".
Al hacerlo, Hoffman y Patekar pueden asumir que todos los fotones involucrados en la interacción inicial, o mirar al gato, son capturados sin perder ninguna información sobre el estado del gato. Entonces, antes de la lectura, todo lo que hay que saber sobre el estado del gato (y sobre cómo lo cambió) todavía está disponible. Es solo cuando leemos la información que perdemos parte de ella.
"Lo interesante es que el proceso de lectura selecciona uno de los dos tipos de información y borra completamente el otro", dijo Hofmann.
Así es como describieron su trabajo en términos del gato de Schrödinger. Digamos que el gato todavía está en la caja, pero en lugar de mirar hacia adentro para determinar si el gato está vivo o muerto, configura una cámara fuera de la caja que de alguna manera puede tomar una foto dentro de ella (en aras del experimento mental, ignore el hecho de que las cámaras físicas en realidad no funcionan así). Una vez que se toma la imagen, la cámara tiene dos tipos de información: cómo cambió el gato como resultado de la toma de la imagen (lo que los investigadores llaman una etiqueta cuántica) y si el gato está vivo o muerto después de la interacción. Ninguna de esa información se ha perdido todavía. Y dependiendo de cómo elija "desarrollar" la imagen, recuperará una u otra información.
Piensa en un lanzamiento de moneda, dijo Hofmann a Live Science. Puede elegir saber si una moneda se volcó o si actualmente es cara o cruz. Pero no puedes saber ambos. Además, si sabe cómo se cambió un sistema cuántico, y si ese cambio es reversible, entonces es posible restaurar su estado inicial. (En el caso de la moneda, la lanzarías hacia atrás).
"Siempre tiene que alterar el sistema primero, pero a veces puede deshacerlo", dijo Hofmann. En términos del gato, eso significaría tomar una fotografía, pero en lugar de desarrollarla para ver al gato con claridad, desarrollarla de tal manera que el gato vuelva a su estado de limbo muerto y vivo.
De manera crucial, la elección de la lectura viene con una compensación entre la resolución de la medición y su perturbación, que son exactamente iguales, demuestra el documento. La resolución se refiere a cuánta información se extrae del sistema cuántico, y la perturbación se refiere a cuánto cambia irreversiblemente el sistema. En otras palabras, cuanto más sabes sobre el estado actual del gato, más lo has alterado irremediablemente.
"Lo que encontré sorprendente es que la capacidad de deshacer la perturbación está directamente relacionada con la cantidad de información que se obtiene sobre el observable", o la cantidad física que están midiendo, dijo Hofmann. "Las matemáticas son bastante exactas aquí".
Aunque el trabajo anterior ha señalado un equilibrio entre la resolución y la perturbación en una medición cuántica, este documento es el primero en cuantificar la relación exacta, Michael Hall, un físico teórico de la Universidad Nacional de Australia, le dijo a Live Science en un correo electrónico.
"Hasta donde yo sé, ningún resultado anterior tiene la forma de una resolución exacta de igualdad y perturbación", dijo Hall, quien no participó en el estudio. "Esto hace que el enfoque en el documento sea muy claro".
