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Tema 3. Curso de Física Cuántica | El gato de Schrödinger y el Entrelazamiento Cuántico

Descubridores de la física cuántica

Tema 3. Curso de Física Cuántica | El gato de Schrödinger y el Entrelazamiento Cuántico

El gato de Schrödinger es el gato más famoso en el mundo de la física. Lo cierto es que no existe y si existiese, las siete vidas igual no le servirían de mucho. Y es que su «dueño», el físico Schrödinger, lo dejó dentro de una caja con material radioactivo y ya nadie supo jamás si el pobre gato estaba vivo o muerto. De estar vivo, tampoco creo que tuviera muchas posibilidades de sobrevivir ya que nadie se atrevía a abrir la caja para darle de comer. En fin, bromas a parte, este gato trajo de cabeza a los físicos cuánticos a principios del siglo XX.

Su historia es la siguiente: el físico Schrödinger se imaginó una caja donde tenemos dentro material radioactivo y al cabo de una hora tiene un 50% de probabilidades de haber desprendido una partícula «alfa» que es captada por un detector, ese detector hace bajar un martillo y éste rompe una botella de veneno que hace que el gato muera.

Tranquilos, que no cunda el pánico, porque según la mecánica cuántica mientras la caja está cerrada, y no haya habido observaciones, el estado de la partícula alfa al cabo de una hora es de un 50% de posibilidades de haberse desprendido y otro 50% de posibilidades de no haberse desprendido. Por lo tanto, su estado cuántico es una superposición de los dos estados, lo mismo le pasa al martillo y lo mismo le pasa al gato que no estaría ni muerto ni vivo, su estado sería una superposición de un gato vivo y un gato muerto.

El gato de Schrödinger

Estos estados de superposición son muy sensibles y complicados de visualizar y estudiar, nos tenemos que ir a temperaturas del cero absoluto y aislar el sistema de cualquier influencia exterior, así que el gato de Schrödinger tampoco habría sobrevivido 😉

Como vemos, la física cuántica es un verdadero rompedero de cabeza donde encontrar la lógica no es precisamente fácil.

Vamos con otra propiedad de las partículas cuánticas. Einstein llegó a pensar que la teoría cuántica era incompleta porque era imposible definir una posición y una velocidad a las partículas cuánticas, y en aquel momento eso era una de las premisas intocables de la física, es decir, todas las partículas tienen que tener una velocidad y una posición.

Cuando Einstein, Podolsky y Rosen se pusieron a estudiar estas propiedades más a fondo, se dieron de bruces con el entrelazamiento cuántico, que es un fenómeno cuántico sin equivalente clásico, en el cual los estados cuánticos de dos o más objetos se deben describir mediante un estado único que involucra a todos los objetos del sistema, aun cuando los objetos estén separados espacialmente.

El experimento se puede hacer con un par de spines (El spin  ‘giro, girar’ – es una propiedad física de las partículas elementales por el cual tienen un momento angular intrínseco de valor fijo). Einstein, Podolsky y Rosen cogieron un par electrones con sus spines apareados (es decir, dos electrones con spines opuestos dentro del mismo átomo donde uno compensa al opuesto y viceversa, de tal manera que si cambiamos el spin en uno de los electrones se modifica al instante el spin del otro electrón, siempre manteniendo sentidos opuestos para que la suma de las dos componentes y su momento angular sea cero).

Después los separaron sin que pudieran interaccionar entre ellos.

Cuando midieron la componente Z en uno de los spines y después midieron la misma componente Z en el otro spin, comprobaron que eran exactamente iguales pero con el signo cambiado, es decir, los spines seguían apareados incluso estando alejados lo suficiente el uno del otro.

Esta propiedad se cumple siempre, si medimos una componente del spin de un electrón, el resultado va a ser el mismo en su spin apareado del otro electrón pero con sentido contrario, y da igual lo lejos que estén, los valores se producen de forma instantánea.

Realmente no se transmite información por el espacio entre los dos spines, si eso fuera así, necesitaríamos como mínimo el tiempo que tarda la luz en llegar de un spin al otro para decirle, a esa componente del spin, cual es su valor. Los valores simplemente se dan de forma instantánea gracias al entrelazamiento que hay entre ellos y no depende de la distancia que los separa ni de la transmisión de la información a través del espacio.

De esta forma solo necesitamos medir la componente en uno de los spin para saber el valor y el sentido que tiene esa componente en el otro spin aún estando a una distancia de años luz entre ellos.

Otro científico, David Bohm, iba más allá y decía que las componentes de los spin apareados estaban indefinidas hasta que alguien las medía, momento en el cual quedaban definidas con una magnitud y dirección. Y una vez quedaba esa componente definida, el resto de las componentes del sistema cuántico quedaban también definidas. De esta forma, el sistema es totalmente indeterminado hasta que un observador mide una de las componentes, de forma instantánea todas las componentes del sistema adquieren una magnitud y dirección. El observador con su medición hace que el sistema pase de ser indeterminado a tener todas sus componentes determinadas.

Esto es lo que se conoce, y está comprobado experimentalmente, como entrelazamiento cuántico.


 


Marcos Alonso

Founder & IT specialist
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