Un viejo experimento mental ahora aparece bajo una nueva luz. En 1935, Erwin Schrödinger formuló un experimento mental diseñado para capturar la naturaleza paradójica de la física cuántica. Un grupo de investigadores liderado por Gerhard Rempe, Director del Departamento de Dinámica Cuántica del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, ahora ha realizado una versión óptica del experimento mental de Schrödinger en el laboratorio. En este caso, los pulsos de luz láser juegan el papel del gato. Los conocimientos adquiridos con el proyecto abren nuevas perspectivas para un mejor control de los estados ópticos, que se puede utilizar en el futuro para comunicaciones cuánticas.

"Según la idea de Schrödinger, es posible que una partícula microscópica, como un solo átomo, existir en dos estados diferentes a la vez. A esto se le llama superposición. Es más, cuando dicha partícula interactúa con un objeto macroscópico, pueden enredarse y el objeto macroscópico puede terminar en estado de superposición. Schrödinger propuso el ejemplo de un gato, que puede estar vivo y muerto, dependiendo de si un átomo radiactivo se ha desintegrado o no, una noción que está en evidente conflicto con nuestra experiencia diaria, "Explica el profesor Rempe.

Para realizar este experimento filosófico gedanken en el laboratorio, los físicos han recurrido a varios sistemas modelo. El implementado en esta instancia sigue un esquema propuesto por los teóricos Wang y Duan en 2005. Aquí, la superposición de dos estados de un pulso óptico sirve como gato. Las técnicas experimentales necesarias para implementar esta propuesta, en particular un resonador óptico, se han desarrollado en el grupo de Rempe durante los últimos años.

Una prueba para el alcance de la mecánica cuántica

Los investigadores involucrados en el proyecto se mostraron inicialmente escépticos sobre si sería posible generar y detectar de manera confiable tales estados de gato entrelazados mecánicamente cuánticamente con la tecnología disponible. La mayor dificultad radica en la necesidad de minimizar las pérdidas ópticas en su experimento. Una vez logrado esto, Se encontró que todas las mediciones confirman la predicción de Schrödinger. El experimento permite a los científicos explorar el ámbito de aplicación de la mecánica cuántica y desarrollar nuevas técnicas para la comunicación cuántica.

El laboratorio del Instituto Max Planck en Garching está equipado con todas las herramientas necesarias para realizar experimentos de vanguardia en óptica cuántica. Se utilizan una cámara de vacío y láseres de alta precisión para aislar un solo átomo y manipular su estado. En el núcleo de la configuración hay un resonador óptico, compuesto por dos espejos separados por una rendija de solo 0,5 mm de ancho, donde un átomo puede quedar atrapado. Un pulso de láser se alimenta al resonador y se refleja, y por lo tanto interactúa con el átomo. Como resultado, la luz reflejada se enreda con el átomo. Al realizar una medición adecuada en el átomo, el pulso óptico se puede preparar en un estado de superposición, como el del gato de Schrödinger. Una característica especial del experimento es que los estados entrelazados se pueden generar de forma determinista. En otras palabras, se produce un estado de gato en cada ensayo.

"Hemos logrado generar estados de gatos ópticos voladores, y demostró que se comportan de acuerdo con las predicciones de la mecánica cuántica. Estos hallazgos prueban que nuestro método para crear estados cat funciona, y nos permitió explorar los parámetros esenciales, "dice el estudiante de doctorado Stephan Welte.

Todo un zoológico de estados para la futura comunicación cuántica

"En nuestra configuración experimental, hemos tenido éxito no solo en la creación de un estado de gato específico, pero arbitrariamente muchos de esos estados con diferentes fases de superposición:un zoológico completo, por así decirlo. Esta capacidad podría utilizarse en el futuro para codificar información cuántica, "añade Bastian Hacker.

"El gato de Schrödinger estaba originalmente encerrado en una caja para evitar cualquier interacción con el medio ambiente. Nuestros estados ópticos de gato no están encerrados en una caja. Se propagan libremente en el espacio. Sin embargo, permanecen aislados del medio ambiente y conservan sus propiedades a largas distancias. el futuro podríamos utilizar esta tecnología para construir redes cuánticas, en el que los estados de gato óptico volador transmiten información, "dice Gerhard Rempe. Esto subraya la importancia del último logro de su grupo.