Crean estados calientes de gato de Schrödinger

Los estados de gato de Schrödinger constituyen un fenómeno fascinante de la física cuántica en el que un objeto cuántico existe simultáneamente en dos estados diferentes. En el experimento imaginario descrito por Erwin Schrödinger, esto da lugar a un gato que está vivo y muerto al mismo tiempo. Experimentos previos se han centrado en la creación de estos estados enfriando un objeto cuántico hasta su nivel fundamental, el de menor energía posible. Normalmente, las superposiciones cuánticas se generan a partir de esta situación.

Ahora, unos investigadores dirigidos por Gerhard Kirchmair y Oriol Romero-Isart han demostrado por primera vez que es posible crear superposiciones cuánticas a partir de estados térmicamente excitados. Kirchmair trabaja en el Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck en Austria, así como en el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) de la Academia Austríaca de Ciencias (ÖAW). “Queríamos saber si estos efectos cuánticos también pueden generarse sin partir del ‘frío’ estado fundamental”, explica Kirchmair.

En su estudio, los investigadores utilizaron un bit cuántico de tipo transmon (transmission-line shunted plasma oscillation qubit) en un resonador de microondas para generar los estados de gato de Schrödinger. Lograron crear superposiciones cuánticas a temperaturas de hasta 1,8 kelvins, una temperatura sesenta veces mayor que la temperatura ambiente en la cavidad. “Nuestros resultados muestran que es posible generar estados cuánticos altamente mezclados con propiedades cuánticas inconfundibles”, explica Ian Yang, de la Universidad de Innsbruck y primer autor del estudio.

Los investigadores emplearon dos protocolos especiales para crear los estados calientes de gato de Schrödinger. Estos protocolos se habían utilizado previamente para producir estados de gato de Schrödinger partiendo del estado fundamental del sistema. “Descubrimos que los protocolos adaptados también funcionan a temperaturas más altas, generando interferencias cuánticas claras”, comenta Oriol Romero-Isart, hasta hace poco profesor de física teórica en la Universidad de Innsbruck y líder de un grupo de investigación en el IQOQI de Innsbruck y, desde 2024, Director del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), en Barcelona. “Esto abre nuevas oportunidades para la creación y el uso de superposiciones cuánticas, por ejemplo, en osciladores nanomecánicos, en los que alcanzar el estado fundamental puede ser técnicamente complicado”.

Un objeto cuántico puede existir simultáneamente en dos estados diferentes. En el experimento imaginario de Erwin Schrödinger, ese objeto es un gato, el cual está vivo y muerto al mismo tiempo. (Ilustración: University of Innsbruck / Harald Ritsch)

Los estados creados en el experimento fueron caracterizados mediante mediciones de la función de Wigner, que permite visualizar la interferencia cuántica. “Nuestras mediciones confirman que los estados exhiben características cuánticas claras a pesar de la alta temperatura”, añade Thomas Agrenius, de la Universidad de Innsbruck, quien también participó en el estudio.

Estos hallazgos podrían ayudar al desarrollo de tecnologías cuánticas. “Nuestro trabajo demuestra que es posible observar y utilizar fenómenos cuánticos incluso en entornos  más cálidos, menos ideales”, enfatiza Gerhard Kirchmair. “Si podemos crear las interacciones necesarias en un sistema, la temperatura, en última instancia, no importa”.

El estudio se titula “Hot Schrödinger Cat States”. Y se ha publicado en la revista académica Science Advances. (Fuente: ICFO)