"Filman" por primera vez una medición cuántica

La física cuántica trata de los sistemas microscópicos como los átomos y las partículas de luz. Es una teoría que permite calcular las probabilidades de los resultados posibles de cualquier medición sobre estos sistemas. Sin embargo, lo que sucede durante la medición era un misterio. Un equipo de investigadores de la Universidad de Sevilla (España), la Universidad de Estocolmo (Suecia) y la Universidad de Siegen (Alemania) ha conseguido por primera vez "filmar" lo que sucede durante una medición de un sistema cuántico.

Para ello, han usado un ion de estroncio (un átomo cargado eléctricamente) atrapado en un campo eléctrico. La medición sobre el ion dura apenas una millonésima de segundo, pero los investigadores han conseguido hacer una "película" del proceso reconstruyendo el estado cuántico del sistema en diferentes momentos. Los resultados confirman una de las predicciones más sutiles de la física cuántica.

"El experimento es interesante por dos motivos", nos dice Adán Cabello del Departamento de Física Aplicada II de la Universidad de Sevilla, "por un lado, muestra que el cambio del estado cuántico durante una medición no es instantáneo -como muchos creen- sino que ocurre gradualmente". Además, "el experimento demuestra que las mediciones cuánticas que preservan los estados cuánticos con máxima información son procesos reales que ocurren en la naturaleza y no simples idealizaciones teóricas".

(Foto: U. Sevilla)

El resultado del experimento puede resumirse en un GIF animado que muestra lo que le ocurre al estado cuántico del ion durante esa millonésima de segundo. El estado puede visualizarse usando un tablero tridimensional. Las alturas de las torres indican el grado de superposición de los posibles estados cuánticos. La película muestra cómo durante la medición algunas de las superposiciones se pierden -y cómo esta pérdida es gradual- mientras que otras se conservan tal y como ha de suceder en una medición cuántica ideal. Fuente: F. Pokorny et al., "Tracking the dynamics of an ideal quantum measurement", Physical Review Letters 2020. (Fuente: U. Sevilla)