(Phys.org) —Los físicos se están acercando un poco más a responder una de las preguntas más antiguas y básicas de la teoría cuántica:¿el estado cuántico representa la realidad o simplemente nuestro conocimiento de la realidad?

George C. Rodilla, un físico teórico en la Universidad de Oxford y la Universidad de Warwick, ha creado un algoritmo para diseñar experimentos óptimos que podría proporcionar la evidencia más sólida hasta ahora de que el estado cuántico es un estado óntico (un estado de realidad) y no un estado epistémico (un estado de conocimiento). Knee ha publicado un artículo sobre la nueva estrategia en un número reciente de la Nueva Revista de Física .

Si bien los físicos han debatido sobre la naturaleza del estado cuántico desde los primeros días de la teoría cuántica (con, más famoso, Bohr está a favor de la interpretación óntica y Einstein argumentando a favor de la epistémica), La mayor parte de la evidencia moderna ha apoyado la opinión de que el estado cuántico sí representa la realidad.

Filosóficamente esta interpretación puede ser difícil de aceptar, ya que significa que las muchas características contraintuitivas de la teoría cuántica son propiedades de la realidad, y no por limitaciones de la teoría. Una de las características más notables es la superposición. Antes de medir un objeto cuántico, La teoría cuántica dice que el objeto existe simultáneamente en más de un estado, cada uno con una probabilidad particular. Si estos estados son ónticos, significa que una partícula realmente ocupa dos estados a la vez, no solo que parezca de esa manera debido a nuestra capacidad limitada para preparar partículas, como en el punto de vista epistémico.

¿Qué se entiende exactamente por una capacidad limitada para preparar partículas? Para entender esto Knee explica que los diferentes estados cuánticos deben considerarse distribuciones sobre los posibles estados verdaderos de la realidad. Si hay alguna superposición entre estas distribuciones, entonces los estados de realidad en los que se puede preparar una partícula son limitados.

Actualmente no está claro si realmente existe alguna superposición entre las distribuciones de estados cuánticos. Si no hay superposición, entonces la partícula realmente debe estar ocupando dos estados a la vez, que es la vista óntica. Por otra parte, si hay alguna superposición, entonces es posible que la partícula exista en un estado en el área superpuesta, y simplemente no podemos distinguir la diferencia entre las dos posibilidades debido a la superposición. Esta es la visión epistémica, y elimina algo de la rareza de la superposición al explicar que la indistinguibilidad de dos estados es el resultado de la superposición (y la limitación humana) más que de la realidad.

Enmarcar la pregunta en términos de superposición ofrece una forma de probar las dos perspectivas. Si los físicos pueden demostrar que la indistinguibilidad de los estados cuánticos se puede explicar de alguna manera por la realidad y no por superposición, entonces eso impone restricciones más estrictas a la visión epistémica y hace que la visión óntica sea más plausible.

Una clave para tales pruebas es que la tarea de discriminar entre dos estados siempre implica un pequeño error. Habiendo completado, El conocimiento omnisciente de la realidad debería mejorar la discriminación estatal. ¿Pero por cuánto? Esta es la gran pregunta, y los físicos están tratando de demostrar que el valor de esta "mejora debido al aumento de la realidad de los estados cuánticos" es muy grande. Esto significaría que la superposición juega muy poco, Si alguna, papel en la explicación de por qué los estados son indistinguibles. No es simplemente que los físicos no puedan preparar con precisión el verdadero estado de la realidad, es que la indistinguibilidad debe considerarse como una propiedad fundamental de los propios estados cuánticos.

En la actualidad, los mejores datos experimentales muestran que la cantidad de mejora del error que se puede atribuir a la superposición es de aproximadamente el 69%. En el nuevo periódico, Knee ha propuesto una forma de reducir este valor a menos del 50% con la tecnología actual. Como explica, esto significaría que "la superposición está haciendo menos de la mitad del trabajo necesario para explicar la indistinguibilidad de los estados cuánticos no ortogonales".

"La mayor importancia del trabajo es el nuevo conocimiento sobre cómo realizar experimentos que pueden mostrar la realidad del estado cuántico, "Rodilla dijo Phys.org . "Las grandes ventajas son que los experimentadores ahora podrán hacer más con menos:es decir, imponer restricciones cada vez más estrictas a las posibles interpretaciones de la mecánica cuántica con menos recursos experimentales. Estos experimentos suelen requerir esfuerzos heroicos, pero el progreso teórico debería significar que ahora son posibles con equipos más baratos y en menos tiempo ".

Para lograr tal mejora, El trabajo de Knee aborda uno de los mayores desafíos en este tipo de prueba, que consiste en identificar los tipos de estados y medidas que optimizan la mejora del error. Este es un problema de optimización de muy alta dimensión, con al menos 72 variables, es extremadamente difícil de resolver utilizando métodos de optimización convencionales.

Knee demostró que un enfoque mucho mejor para este tipo de problema de optimización es convertirlo en un problema que pueda estudiarse con métodos de programación convexos. Para buscar las mejores combinaciones de variables, aplicó técnicas de la teoría de optimización convexa, optimizando alternativamente una variable y luego la otra hasta que los valores óptimos de ambas converjan. Esta estrategia asegura que los resultados sean "parcialmente óptimos, "lo que significa que ningún cambio en solo una de las variables podría proporcionar una mejor solución. Y no importa cuán óptimo sea el resultado, Knee explica que puede que nunca sea posible descartar por completo la visión epistémica.

"¡Siempre habrá margen de maniobra!" él dijo. "Ciertamente con las técnicas que conocemos en la actualidad, siempre se puede mantener una pequeña cantidad de superposición epistémica, porque los experimentos deben terminarse en un período de tiempo finito, y sufrir siempre un poco de ruido. Es decir, sin mencionar las lagunas más extravagantes que un epistemicista acérrimo podría intentar superar:por ejemplo, normalmente se puede apelar a la retrocausalidad o al muestreo injusto para sortear los resultados de cualquier "metafísica experimental". Sin embargo, Creo que mostrar que el estado cuántico debe ser al menos un 50% real es un objetivo alcanzable que la mayoría de las personas razonables no podrían eludir aceptar ".

Un resultado especialmente sorprendente y alentador del nuevo enfoque es que muestra que los estados mixtos podrían funcionar mejor para apoyar la visión óntica que los estados puros. Típicamente, Los estados mixtos se consideran más epistémicos y de menor rendimiento que los estados puros en muchas aplicaciones de procesamiento de información cuántica. El trabajo de Knee muestra que una de las ventajas de los estados mixtos es que son extremadamente resistentes al ruido, lo que sugiere que los experimentos no necesitan una precisión tan alta como se pensaba anteriormente para demostrar la realidad del estado cuántico.

"Tengo muchas esperanzas de que los experimentadores puedan utilizar las recetas que he encontrado en un futuro próximo, ", Dijo Knee." Es probable que la técnica general que desarrollé se beneficiaría de algunos ajustes para adaptarla a una configuración experimental en particular (por ejemplo, iones en trampas, fotones o sistemas superconductores). También hay margen para nuevas mejoras teóricas de la técnica, como combinarlo con otros enfoques teóricos conocidos e introducir restricciones adicionales para aprender algo de la estructura general de la interpretación epistémica. El santo grial desde un punto de vista teórico sería encontrar las mejores recetas experimentales posibles y demostrar que lo son tanto. Eso es algo en lo que seguiré trabajando ".

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