El efecto cuántico del gato de Cheshire toma su nombre del gato ficticio de Cheshire en la historia de Alicia en el país de las maravillas. Ese gato pudo desaparecer, dejando solo su sonrisa atrás.
De manera similar, en un artículo de 2013, los investigadores afirmaron que las partículas cuánticas pueden separarse de sus propiedades, y estas propiedades viajan por caminos que la partícula no puede. A esto lo llamaron efecto cuántico del gato de Cheshire. Desde entonces, los investigadores han afirmado haber extendido esto aún más, intercambiando propiedades incorpóreas entre partículas, descorporizando múltiples propiedades simultáneamente e incluso "separando la dualidad onda-partícula" de una partícula.
Sin embargo, una investigación reciente publicada en el New Journal of Physics , muestra que estos experimentos en realidad no muestran partículas separándose de sus propiedades, sino que muestran otra característica contraintuitiva de la mecánica cuántica:la contextualidad.
La mecánica cuántica es el estudio del comportamiento de la luz y la materia a escalas atómica y subatómica. Por su naturaleza, la mecánica cuántica es contraintuitiva. El equipo de investigación se propuso comprender fundamentalmente esta naturaleza contraintuitiva mientras exploraba beneficios prácticos.
"La mayoría de la gente sabe que la mecánica cuántica es extraña, pero identificar las causas de esta rareza sigue siendo un área activa de investigación. Se ha formalizado lentamente en una noción llamada contextualidad:que los sistemas cuánticos cambian dependiendo de las mediciones que se hacen sobre ellos", dijo Jonte Hance, investigador de la Universidad de Hiroshima y de la Universidad de Bristol.
Una secuencia de mediciones en un sistema cuántico producirá resultados diferentes según el orden en que se realicen las mediciones. Por ejemplo, si medimos dónde está una partícula y luego qué tan rápido viaja, esto dará resultados diferentes a medir primero qué tan rápido viaja y luego dónde está.
Debido a esta contextualidad, se puede medir que los sistemas cuánticos tienen propiedades que esperaríamos que fueran mutuamente incompatibles. "Sin embargo, todavía no entendemos realmente qué causa esto, así que esto es lo que queríamos investigar, utilizando el escenario paradójico del gato cuántico de Cheshire como banco de pruebas", dijo Hance.
El equipo señala que el problema con la paradoja cuántica del gato de Cheshire es que su afirmación original, de que la partícula y su propiedad, como el espín o la polarización, se separan y viajan por caminos diferentes, puede ser una representación engañosa de la física real de la situación.
"Queremos corregir esto mostrando que se obtienen resultados diferentes si un sistema cuántico se mide de diferentes maneras y que la interpretación original del gato de Cheshire cuántico sólo se produce si se combinan los resultados de estas diferentes mediciones de una manera muy específica. e ignorar este cambio relacionado con las mediciones", afirmó Holger Hofmann, profesor de la Universidad de Hiroshima.
El equipo analizó el protocolo del gato de Cheshire examinando la relación entre tres mediciones diferentes relativas a la trayectoria y la polarización de un fotón dentro del protocolo cuántico del gato de Cheshire. Esto habría resultado en una contradicción lógica si el sistema no fuera contextual.
Su artículo analiza cómo este comportamiento contextual se vincula con valores débiles y las coherencias entre estados prohibidos. Su trabajo demostró que en lugar de que una propiedad de la partícula sea incorpórea, el gato cuántico de Cheshire demuestra los efectos de estas coherencias, que normalmente se encuentran en sistemas pre y post seleccionados.
De cara al futuro, el equipo quiere ampliar esta investigación, encontrar una manera de unificar los efectos cuánticos paradójicos como manifestaciones de contextualidad y explicar cómo y por qué las mediciones cambian los sistemas cuánticos.
"Esto no sólo nos ayudará a explicar finalmente por qué la mecánica cuántica es tan contraintuitiva, sino que también nos ayudará a desarrollar formas de utilizar esta rareza con fines prácticos. Dado que la contextualidad está inherentemente vinculada a escenarios con una ventaja cuántica sobre las soluciones clásicas a un problema determinado, Sólo entendiendo la contextualidad podremos aprovechar todo el potencial de, por ejemplo, la computación cuántica", afirmó Hance.
Más información: Jonte R Hance et al, Contextualidad, coherencias y gatos cuánticos de Cheshire, New Journal of Physics (2023). DOI:10.1088/1367-2630/ad0bd4
Proporcionado por la Universidad de Hiroshima
