¿Alguna vez has visto “El gato de Schrödinger”? Este felino vivo y muerto es el protagonista de uno de los experimentos mentales más famosos de la física, ilustrando el concepto de “superposición cuántica”, según el cual un sistema microscópico puede estar en varios estados al mismo tiempo. Pero en el mundo macroscópico, esta idea parece absurda. Si fuera posible, nuestro día a día sería muy extraño: una taza de café sería caliente y fría, el ascensor estaría en la planta baja pero a la vez en el tercer y cuarto piso, etc. La superposición de estados cuánticos se observa diariamente en el laboratorio en sistemas microscópicos como partículas individuales, pero está completamente ausente en el mundo macroscópico. ¡Pero nada lo prohíbe en principio! Es por eso que los físicos están tratando de resaltarlo en objetos cada vez más grandes. El equipo de Yiwen Chu, de la Escuela Politécnica de Zúrich, acaba de batir el récord del “gato de Schrödinger” más grande. Obviamente no es un gato real, sino un oscilador mecánico, y este gato solo pesa 16 microgramos, es decir, un grano de arena… ¡Un objeto al borde del mundo macroscópico!
Si la superposición de estados no se extiende fácilmente a los objetos macroscópicos es porque es frágil. Si se coloca una partícula en tal configuración, basta con realizar una medición sobre ella para que desaparezca la superposición. En el momento en que se realiza la medición, la partícula adopta aleatoriamente solo uno de los estados de superposición. Sin embargo, un objeto macroscópico consta de una gran cantidad de partículas (del orden de 1024) y las interacciones con su entorno son suficientes para destruir cualquier superposición de estados. Hablamos de “desenganche”.
Uno de los padres de la mecánica cuántica, Erwin Schrödinger, no estaba muy contento con esta noción de superposición de estados. En 1935 ideó un experimento mental para ilustrar todo lo absurdo de esto. Se coloca un “gato” en una caja opaca, que contiene un dispositivo que contiene un átomo radiactivo y un sistema que libera un veneno fatal para el gato si el átomo se desintegra. Con la caja cerrada, es imposible saber si el átomo se ha desintegrado después de cierto tiempo. Debemos suponer que el átomo se encuentra en una superposición de estados “intacto” y “desintegrado”. Pero entonces lo mismo se aplica a la botella que contiene el veneno, que está “abierta” y “cerrada”, y por lo tanto al gato que está “vivo” y “muerto”. Una situación absurda en la vida cotidiana. Por supuesto, cuando abre la caja, toma una “medida” y la superposición de estado “colapsa” en un solo estado bien definido: el gato está vivo o muerto.
Nunca hemos visto un gato vivo y muerto al mismo tiempo, pero ¿qué tan grande puede llegar a ser un sistema en una superposición de estados? En 2019, el equipo de Markus Arndt, de la Universidad de Viena, Austria, logró esta hazaña con una molécula que contenía casi 2.000 átomos.
En 2010, Andrew Cleland de la Universidad de Chicago y sus colegas adoptaron otro enfoque. Hicieron una especie de “tambor cuántico”, un microoscilador mecánico de nitruro de aluminio que contenía alrededor de 1013 átomos, cuyas vibraciones producen una corriente eléctrica por efecto piezoeléctrico. Este oscilador estaba conectado a un qubit que se usaba para medir el estado de vibración. A continuación, el conjunto se enfrió por debajo de 0,1 kelvin. Gracias a un flujo magnético externo, los físicos pudieron colocar este oscilador en una superposición de dos modos de vibración: ¡vibraba y no vibraba al mismo tiempo! Yiwen Chu y su equipo se inspiraron en este dispositivo y lo extendieron a un sistema mucho más grande: su resonador, con 1017 átomos, es el objeto más grande jamás observado en una superposición de estados.
Al empujar el límite de tamaño de los objetos que exhiben un comportamiento cuántico, los físicos esperan comprender mejor cómo se destruye la superposición de estados. La interacción con el entorno no es la única explicación propuesta. Existen otras hipótesis, además de la mecánica cuántica estándar, y se basan, por ejemplo, en procesos de colapso espontáneo o decoherencia ligada a la interacción gravitatoria. Pero por ahora, el gato de Schrödinger guarda todos sus secretos.
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