Tambores de Schrödinger milimétricos

Esquema de cómo sería el sistema en cuestión. Foto: J. Sankey, Yale University.

Un par de trabajos hablan de la posibilidad de conseguir “gatos” de Schrödinger de tamaño milimétrico y de explorar así la fronteras entre Mecánica Cuántica y Clásica.

El concepto del gato de Schrödinger ilustra las situaciones aparentemente paradójicas a las que podemos llegar si asumimos que la mecánica cuántica opera sobre objetos macroscópicos. Según la Mecánica Cuántica (MC) un objeto cuántico como un electrón o un fotón pueden estar en dos estados a la vez, es lo que llamamos superposición de estado. En este caso se trataría, por ejemplo, que un electrón está en dos estados de spin diferentes simultáneamente. Uno de los postulados de la MC dice que cuando efectuamos la medición sobre ese objeto su función de ondas, que describe esa superposición de estados, colapsa hacia uno de esos estados.

Más extraño todavía es que para sistemas cuánticos de partículas correlacionadas el colapso de la función de ondas al medir una de ellas debe de afectar instantáneamente a la otra en una extraña “acción a distancia”, en lo que se denominó paradoja EPR. Este tipo de efectos se pueden medir en los laboratorios desde hace tiempo, pero si asumimos que la MC se puede aplicar a objetos macroscópicos, como en el famoso experimento mental del gato de Schrödinger, podríamos llegar a pensar que un gato puede estar vivo y muerto a la vez.

Obviamente no existen tales gatos y por tanto existe una frontera entre el mundo microscópico y el macroscópico en donde la MC deja paso a la Mecánica Clásica. O quizás, simplemente, la posibilidad de mantener la coherencia cuántica disminuye a medida que aumentamos el tamaño del sistema y éste nos llega ya colapsado antes de que lleguemos a medir nada.

En los últimos años diversos físicos han trabajo en esa frontera entre dos mundos.
Si pudiéramos mantener la coherencia cuántica de un sistema macroscópico, aislándolo de todas las influencias que pudieran colapsar su función de onda, entonces podríamos tener objetos macroscópicos que exhibieran esta superposición de estados e incluso la “acción a distancia” ya mencionada.

Se ha propuesto recientemente hacer precisamente esto. Los experimentos se basarían en cavidades optomecánicas y permitirían explorar la fronteras entre el mundo cuántico y clásico. Un sistema optomecánico es un sistema mecánico que puede ser manipulado por la luz. Un ejemplo de este tipo de dispositivo sería una membrana que vibra dentro de la cavidad que la aloja gracias a la luz incidente.

Según dos estudios sería posible, con la tecnología actual, enfriar lo suficiente dos membranas de un tamaño del orden del milímetro de tal modo que se comporten como una sola entidad al estar correlacionadas cuánticamente. Además, la medición del estado de vibración de una de ellas afectaría instantáneamente la otra, independientemente de la distancia a la que se encuentren una de otra.
La veda la abrieron Jack Harris y sus colaboradores de Yale University cuando lograron en experimentos reales enfriar una membrana de 1mm cuadrado y 50nm de grosor gracias a haces láser. Consiguieron una temperatura vibracional efectiva de sólo 7 milikelvins.

En octubre pasado Mishkat Bhattacharya y Pierre Meystre, de University of Arizona en Tucson, dieron más pasos en este sentido. Propusieron (teóricamente) que se podría conseguir acoplar dos membranas mediante un haz láser, resultando el conjunto en un estado de superposición de dos estados de vibración. En un estado las membranas vibrarían al unísono y en el otro vibrarían de manera opuesta. Mediante la aplicación de un láser de frecuencia específica se conseguiría enfriar las membranas separadamente consiguiendo un estado similar al de una sola “molécula” excitada. El estudio demostraba la posibilidad de que dos membranas actuaran como un solo sistema cuántico.

En otro estudio teórico Michael Hartmann y Martin Plenio, del Imperial College London, propusieron un experimento similar en el que se iría un poco más allá al conseguir entrelazar dos de estas membranas en un estado de superposición. Con dos haces láser se podría comprobar la existencia de este entrelazamiento sin destruir el estado del sistema.

Aunque de realización difícil realización física, estos trabajos muestran los experimentos en este campo son posibles. Ya sólo falta que alguien diga como comprobar la EPR en este sistema y que otros realicen todo ello experimentalmente. Si así fuera tendríamos gatos-tambores de Schrödinger de un 1mm de tamaño.

http://www.nature.com/nature/journal/v452/n7183/abs/nature06715.html
http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=PLRAAN000078000004041801000001&idtype=cvips&gifs=yes
http://focus.aps.org/story/v22/st16