El gato de Schrödinger.

El experimento del gato de Schrödinger o paradoja de Schrödinger es un experimento imaginario concebido en 1935 por el físico Erwin Schrödinger para exponer uno de los aspectos más extraños, a priori, de la mecánica cuántica.





Schrödinger nos propone un sistema formado por una caja cerrada y opaca que contiene un gato, una botella de gas venenoso, una partícula radiactiva con un 50% de probabilidades de desintegrarse en un tiempo dado y un dispositivo tal que, si la partícula se desintegra, se rompe la botella y el gato muere.

Al depender todo el sistema del estado final de un único átomo que actúa según las leyes de la mecánica cuántica, tanto la partícula como la vida del gato estarán sometidos a ellas. De acuerdo a dichas leyes, el sistema gato-dispositivo no puede separarse en sus componentes originales (gato y dispositivo) a menos que se haga una medición sobre el sistema. El sistema gato-dispositivo está en un entrelazamiento, Verschränkung, en alemán originalmente.

Siguiendo la interpretación de Copenhague, mientras no abramos la caja, el sistema, descrito por una función de onda, tiene aspectos de un gato vivo y aspectos de un gato muerto, por tanto, sólo podemos predicar sobre la potencialidad del estado final del gato y nada del propio gato. En el momento en que abramos la caja, la sola acción de observar modifica el estado del sistema tal que ahora observamos un gato vivo o un gato muerto. Esto se debe a una propiedad física llamada superposición cuántica que explica que el comportamiento de las partículas a nivel subatómico no puede ser determinado por una regla estricta que defina su función de onda. La física cuántica postula que la pregunta sobre la vida del gato sólo puede responderse probabilísticamente.

La paradoja ha sido objeto de gran controversia (tanto científica como filosófica), al punto que Stephen Hawking ha dicho: «cada vez que escucho hablar de ese gato, empiezo a sacar mi pistola», aludiendo al suicidio cuántico, una variante del experimento de Schrödinger.

De hecho, aparte de la interpretación de Copenhague, existen otras maneras de ver este problema.



En la interpretación de los "muchos mundos" ("many-worlds&quot, universos paralelos o multi-universos formulada por Hugh Everett en 1957, cada evento que se produce es un punto de ramificación. El gato sigue estando vivo y muerto a la vez pero en ramas diferentes del universo, todas las cuales son reales, pero incapaces de interactuar entre sí debido a la decoherencia cuántica.



De acuerdo con la teoría del colapso objetivo, las superposiciones de estados se destruyen aunque no se produzca observación, difiriendo las teorías en qué magnitud física es la que provoca la destrucción (tiempo, gravitación, temperatura, términos no lineales en el operador de evolución...). Esa destrucción es lo que evita las ramas que aparecen en la teoría de los multi universos.



La palabra "objetivo" procede de que en esta interpretación tanto la función de onda como el colapso de la misma son "reales", en el sentido ontológico. En la interpretación de los muchos-mundos, el colapso no es objetivo, y en la de Copenhague es una hipótesis ad-hoc.



La interpretación relacional no hace distinciones entre el experimentador, el gato o el aparato, o entre seres animados o inanimados: todos son sistemas cuánticos gobernados por las mismas reglas de evolución de la función de onda, y todos pueden ser considerados como "observadores".

Pero esta interpretación permite que diferentes observadores puedan dar cuenta de la serie de eventos observados de manera diferente, dependiendo de la información que cada uno tiene del sistema. Así, el gato puede también ser considerado un observador del aparato mientras que el experimentador puede ser considerado otro observador del sistema completo (caja más aparato).

Antes de abrir la caja, el gato tiene información sobre el estado del aparato (el átomo ha decaído o no), pero el experimentador no tiene esa información sobre lo que ha ocurrido en la caja. Así, los dos observadores simultáneamente tienen distintos registros de lo que ha ocurrido: para el gato, la función de onda del aparato ya ha colapsado, mientras que para el experimentador el contenido de la caja está aún en un estado de superposición.

Solamente cuando la caja se abre, y ambos observadores tienen la misma información sobre lo que ha pasado, los dos estados del sistema colapsan en el mismo resultado, y el gato está entonces vivo o muerto.



Esta interpretación descarta la idea de que en Mecánica Cuántica un sistema físico individual (importante esta palabra) se pueda describir con una descripción matemática concisa (un estado) y es más cercana a la visión de la realidad de la física clásica. En ella, la función de onda no describe un sistema físico real e individual, sino una especie de medida estadística de muchos experimentos a los que se someten sistemas físicos idénticos. La función de ondas es una abstracción matemática que describe el sistema pero no existe en realidad como puede existir un campo eléctrico. Y un sistema físico nunca se encontrará en una mezcla de estados, así que el sistema no tendrá que colapsar a uno de ellos en ningún momento. Según la interpretación de Copenhague, antes de la medida existe ese estado de superposición. Según esta interpretación, se trata de un artificio aplicable para el conjunto de medidas.

En la interpretación asambleística las superposiciones de estados no son sino subasambleas de una asamblea de experimentos mayor. Si esto fuera así, lo que tendría sentido es describir mediante un estado no un experimento particular del gato de Schrödinger sino muchos experimentos similares preparados en condiciones semejantes. Según los proponentes de esta interpretación (Leslie E. Ballantine), la paradoja del gato de Schrödinger es trivial, porque no hay necesidad de que la función de onda colapse a la de un sistema físico individual.

Pero esta interpretación de las cosas, que funciona para sistemas no individuales, tuvo problemas para explicar lo que ocurre en los experimentos en los que físicamente sabemos que sólo hay una partícula (experimento de la doble rendija), en los que las otras interpretaciones son acordes con lo que se observa, y que apuntan a que los estados superpuestos sí describen "realmente" un único sistema. Por ello, esta interpretación sólo tiene interés histórico.


Un equipo internacional de físicos ha conseguido generar en laboratorio la intricación cuántica de seis fotones, realizando así el experimento de pensamiento conocido como gato de Schrödinger.

El término intricación cuántica designa el hecho de que toda pareja o grupo de objetos cuánticos puede ponerse en una superposición de estados. Cada uno de estos estados describe muchos objetos a la vez, cuyas propiedades están vinculadas: si un objeto está en un cierto estado, determina en parte el estado de otro objeto.

Por tanto, el destino del gato dependía de un solo átomo que actuaría según la mecánica cuántica, por lo que todo el sistema estaría sometido a sus leyes. La llamada “interpretación de Copenhague” señala que estas leyes funcionan de la siguiente manera: mientras no abramos la caja, el gato está a un tiempo muerto y vivo y que sólo la acción de abrir la caja y observarlo reduce las probabilidades a una de ellas.

El rato en que el gato puede estar vivo o muerto es lo que se denomina una “superposición de estados” o superposición cuántica. Se trata de un estado evidentemente paradójico, pero que refleja el funcionamiento de la materia a escala subatómica.



Estos experimentos de pensamiento son en la actualidad meras experiencias de laboratorio que se desarrollan en la frontera de la mecánica cuántica. Abordan varios conceptos como la decoherencia y la “no localidad”, funciones que, según Roger Penrose, podrían estar implicadas incluso en el funcionamiento cerebral.

Sin embargo, la aplicación más práctica que puede derivarse de la superposición de estados es el hipotético desarrollo de ordenadores cuánticos, con unas capacidades de tratamiento de la información muy superiores a la de los ordenadores actuales y con unas garantías de seguridad absolutas.

La criptografía cuántica, a la que ya nos hemos referido, así como la teletransportación cuántica, de la que también hemos hablado, y los ordenadores cuánticos, son los desarrollos más significativos asociados a estos experimentos.



En el caso de los ordenadores cuánticos, las aplicaciones de los estados superpuestos podrían ser espectaculares: de la representación de la información en cadenas de bits (unidades binarias de información) de los ordenadores clásicos, se pasaría a la representación cuántica de la información con los qubits (unidades que aúnan muchas más posibilidades de información que los bits), que permitirían almacenar y transmitir la información de una forma sin precedentes en la industria informática, pudiendo realizar un trabajo en paralelo que resulta imposible con los ordenadores actuales.

Un qubit representa una superposición de los bits 0,1 que se realiza en un mundo estrictamente cuántico, ya que en nuestro mundo clásico tal superposición se reduce necesariamente a uno de sus componentes 0, 1, con probabilidades respectivas que dependen del estado cuántico en cuestión (el famoso “colapso” del estado cuántico que se produce al medir el mismo o el momento en que se abre la caja del gato).

La existencia de qubits, junto al hecho de que dos o más de éstos puedan combinarse en los llamados estados superpuestos, abre un abanico de posibilidades en el dominio de la información, aunque la realidad es que los ordenadores cuánticos aún son una posibilidad muy remota, por problemas explicados en otro artículo de esta revista.



El científico Chao-Yang Lu y sus colegas de la University of Science and Technology de China, que han trabajado en colaboración con universidades austriacas y alemanas, quizá haya dado un paso adelante hacia la consecución de este tipo de informática cuántica.

Con el paso del tiempo, los físicos han descubierto que los estados cuánticos entrelazados (en los que varias partículas cuánticas se involucran de forma íntima), pueden analizarse de una manera eficaz con lo que se denominan “gráficos de estado”.

Se trata de gráficos matemáticos cuyos vértices representarían el espín de los sistemas cuánticos y cuyos bordes reflejarían las interacciones entre estos espines o momentos angulares de las partículas subatómicas.

Estos gráficos han servido al científico Lu y a sus colaboradores para representar una situación del tipo “gato de Schröedinger”, es decir, de superposición de estados cuánticos, pero con seis fotones, lo que supone todo un récord.



Los científicos siguieron una técnica con la que « bombearon » fotones en un cristal con la ayuda de un láser de luz ultra-violeta. Estos fotones tienen la propiedad de desintegrarse espontáneamente, dividiéndose a su vez en dos fotones intricados.

Tomando tres pares de estos fotones, y utilizando haces de luz para separarlos, se puede obtener diversos estados intricados de seis fotones, que permanecen polarizados en estado horizontal o vertical (similares al estado de “vivo” o “muerto” del gato de Schröedinger).

Según explican Lu y sus colegas en un artículo, los investigadores consiguieron por tanto realizar diversos tipos de estados intricados con los seis fotones, como el estado en racimo o el estado Greenberger-Horne-Zeilinger.

Asimismo, señalan que ligeras modificaciones en su método permitirían la creación de otros muchos estados gráficos. La importancia de esta posibilidad de variación radica en que se pueden generar diversos entrelazamientos de seis fotones, así como estados gráficos multiqubit, que servirían como dispositivo de experimentación para el desarrollo de la computación cuántica.


Aquí les dejo un video explicativo sobre el tema...




Y para quienes lo quieren más completo, aquí tienen la explicación de las ecuaciones de Schrödinger:





Espero que les haya interesado... A mi siempre me ha gustado la mecánica cuantica, y me ha intrigado esta paradoja, es por eso que decidí crear un post sobre el tema... No averigué si estaba haciendo repost, así que si la información ya fue posteada pido disculpas. Comenten