Interferencia de superposiciones que atraviesan A y B:solo un detector detectará una señal. Crédito:Universidad de Leiden
El gato más famoso de la ciencia es el gato de Schrödinger, el mamífero de la mecánica cuántica, que puede existir en una superposición, un estado que está vivo y muerto. En el momento en que lo miras se elige una de las dos opciones. Los físicos de la Universidad de Leiden simularon un experimento para captar este misterioso momento de elección con las manos en la masa.
En mecánica cuántica, la física de los pedazos más pequeños de materia, este momento de elección se llama colapso de la ola. En el diario Estado físico Solidi B , Tom van der Reep, Tjerk Oosterkamp y otros físicos de la Universidad de Leiden y la Universidad de Ginebra describen cómo esperan captar este momento misterioso utilizando una configuración mecánica cuántica utilizando fotones de microondas en los roles del gato vivo y muerto.
"Las superposiciones son bastante comunes en la mecánica cuántica, "dice Oosterkamp, 'pero en el mundo macroscópico en el que vivimos, nunca los ves. "Un gato está vivo o muerto, no ambos. Según la interpretación de Copenhague ampliamente aceptada de la mecánica cuántica, esto se debe a que la superposición desaparece tan pronto como se hace una medición en el fotón (o el gato).
Colapso de la función de onda
Oosterkamp añade:"Pero en ninguna parte de esta interpretación de Copenhague, se explica cómo funcionaría esto. ¿Qué es exactamente "una medida"? Cualquier aparato de medición estará formado por átomos que obedezcan las leyes de la mecánica cuántica, Entonces, ¿qué distingue al proceso de medición? ¿Es el tamaño del aparato de medición? ¿Su masa? ¿Algo más? Nadie lo sabe. Incluso hay interpretaciones en las que una medición solo ocurre cuando la realiza un observador consciente, o en el que el Universo se dividiría en varias variantes.
Los físicos de Leiden decidieron abrir la búsqueda del colapso desde la perspectiva de un amplificador lo más simple posible. Están comenzando con fotones de microondas, una forma de luz, en una superposición. En su configuración, los fotones toman una ruta A y una ruta B.
Esta superposición puede detectarse fusionando las rutas A y B nuevamente. Las partículas interferirán con ellas mismas, lo que significa que solo se detectarán en una de las dos direcciones de salida. Cuando no hay superposición, y por lo tanto no hay interferencia, las partículas saldrán en ambas direcciones. Hasta aquí, esta es la tarifa estándar de la mecánica cuántica, probado en muchos experimentos.
Temperaturas bajas
El siguiente paso es introducir una medida. "En cada medición en un sistema de mecánica cuántica, hay un elemento de amplificación, "dice Oosterkamp, 'ya que está traduciendo una pequeña señal a una más grande. Entonces, tal vez este paso de amplificación constituya la causa del colapso de la función de onda ".
Sin interferencias:ambos detectores detectan la luz. Crédito:Universidad de Leiden
Entonces, los físicos colocan un amplificador paramétrico en la ruta A y B de su configuración. Este es un tipo de amplificador que se puede describir bien mecánicamente cuánticamente, que se basa en un gran número de uniones Josephson superconductoras.
Para esto, se necesita una temperatura ultra fría de 50 milikelvin, una vigésima parte de un grado Celsius por encima de la temperatura del cero absoluto de -273, 15 grados centígrados. Estas bajas temperaturas también son necesarias para garantizar que la desaparición de la interferencia no sea causada solo por el calor en la configuración.
In fraganti
La idea es aumentar lentamente la amplificación, y ver qué pasa con la interferencia. En su artículo, los físicos describen cómo el colapso de la función de onda causaría una "disminución mensurable" de la interferencia. Entonces, la configuración es una forma de atrapar el colapso con las manos en la masa.
¿Qué pasará cuando se amplifiquen los fotones? ¿Colapsará la función de onda? Crédito:Universidad de Leiden
"Si lo logramos, eso sería genial, "dice Oosterkamp." Por supuesto, entonces querrá ajustar los parámetros para ver qué cambios influirán en el momento del colapso. Pero en esta pieza mostramos que se puede hacer ".
Computadoras cuánticas
El artículo fue un ejercicio de cálculo, la configuración ahora se está construyendo. El grupo de Oosterkamp tiene las máquinas de refrigeración adecuadas para ejecutar los experimentos, pero será un gran trabajo desarrollar los amplificadores paramétricos necesarios que combinen una alta amplificación con una muy baja producción de calor.
El experimento es una cooperación con el colega Alessandro Bruno, quién inició la empresa QuantWare, que produce estos amplificadores para futuras computadoras cuánticas. "Ojalá, las pruebas mostrarán que los amplificadores permanecen lo suficientemente fríos, "dice Oosterkamp." Entonces, realmente podemos esperar llevar a cabo estos experimentos ".
