Los investigadores de Yale han descubierto cómo atrapar y salvar al famoso gato de Schrödinger, el símbolo de superposición cuántica e imprevisibilidad, anticipando sus saltos y actuando en tiempo real para salvarlo de la fatalidad proverbial. En el proceso, anulan años de dogma fundamentalen física cuántica.
El descubrimiento permite a los investigadores establecer un sistema de alerta temprana para saltos inminentes de átomos artificiales que contienen información cuántica. Un estudio que anuncia el descubrimiento aparece en la edición en línea del 3 de junio de la revista Naturaleza .
El gato de Schrödinger es una paradoja conocida que se utiliza para ilustrar el concepto de superposición la capacidad de que existan dos estados opuestos simultáneamente y la imprevisibilidad en la física cuántica. La idea es que un gato se coloque en una caja sellada con unfuente radiactiva y un veneno que se disparará si un átomo de la sustancia radiactiva se descompone. La teoría de la superposición de la física cuántica sugiere que hasta que alguien abra la caja, el gato está vivo y muerto, una superposición de estados. Abrir la caja para observarel gato hace que cambie abruptamente su estado cuántico al azar, lo que lo obliga a estar vivo o muerto.
El salto cuántico es el cambio discreto no continuo y aleatorio en el estado cuando se observa.
El experimento, realizado en el laboratorio del profesor de Yale Michel Devoret y propuesto por el autor principal Zlatko Minev, analiza por primera vez el funcionamiento real de un salto cuántico. Los resultados revelan un hallazgo sorprendente que contradice la visión establecida del físico danés Niels Bohr- los saltos no son abruptos ni tan aleatorios como se pensaba anteriormente.
Para un objeto pequeño como un electrón, una molécula o un átomo artificial que contiene información cuántica conocido como qubit, un salto cuántico es la transición repentina de uno de sus estados de energía discretos a otro. En el desarrollo de computadoras cuánticas, los investigadorescrucialmente debe lidiar con los saltos de los qubits, que son las manifestaciones de errores en los cálculos.
Los saltos cuánticos enigmáticos fueron teorizados por Bohr hace un siglo, pero no se observaron hasta la década de 1980, en átomos.
"Estos saltos ocurren cada vez que medimos un qubit", dijo Devoret, profesor de FW Beinecke de Física Aplicada y Física en Yale y miembro del Instituto Cuántico de Yale. "Se sabe que los saltos cuánticos son impredecibles a largo plazo".
"A pesar de eso", agregó Minev, "Queríamos saber si sería posible obtener una señal de advertencia anticipada de que un salto está a punto de ocurrir inminentemente".
Minev señaló que el experimento se inspiró en una predicción teórica del profesor Howard Carmichael de la Universidad de Auckland, pionero de la teoría de la trayectoria cuántica y coautor del estudio.
Además de su impacto fundamental, el descubrimiento es un avance importante en la comprensión y el control de la información cuántica. Los investigadores dicen que administrar de manera confiable los datos cuánticos y corregir los errores a medida que ocurren es un desafío clave en el desarrollo de computadoras cuánticas totalmente útiles.
El equipo de Yale utilizó un enfoque especial para monitorear indirectamente un átomo artificial superconductor, con tres generadores de microondas irradiando el átomo encerrado en una cavidad 3D hecha de aluminio. El método de monitoreo doblemente indirecto, desarrollado por Minev para circuitos superconductores, permite a los investigadoresObserve el átomo con una eficiencia sin precedentes.
La radiación de microondas agita el átomo artificial a medida que se observa simultáneamente, lo que resulta en saltos cuánticos. La pequeña señal cuántica de estos saltos se puede amplificar sin pérdida a temperatura ambiente. Aquí, su señal se puede monitorear en tiempo real. Esto permitióLos investigadores verán una repentina ausencia de fotones de detección fotones emitidos por un estado auxiliar del átomo excitado por las microondas; esta pequeña ausencia es la advertencia anticipada de un salto cuántico.
"El hermoso efecto que muestra este experimento es el aumento de la coherencia durante el salto, a pesar de su observación", dijo Devoret. Agregó Minev, "Puede aprovechar esto no solo para atrapar el salto, sino también revertirlo".
Este es un punto crucial, dijeron los investigadores. Si bien los saltos cuánticos parecen discretos y aleatorios a largo plazo, invertir un salto cuántico significa que la evolución del estado cuántico posee, en parte, un carácter determinista y no aleatorio; el salto siempreocurre de la misma manera predecible desde su punto de partida aleatorio.
"Los saltos cuánticos de un átomo son algo análogos a la erupción de un volcán", dijo Minev. "Son completamente impredecibles a largo plazo. Sin embargo, con el monitoreo correcto podemos detectar con certeza una advertencia anticipada de un desastre inminentey actuar en consecuencia antes de que ocurra.
Los coautores adicionales del estudio incluyen a Robert Schoelkopf, Shantanu Mundhada, Shyam Shankar y Philip Reinhold, todos de Yale; Ricardo Gutiérrez-Jáuregui de la Universidad de Auckland; y Mazyar Mirrahimi, del Instituto Francés de Investigación en Ciencias de la Computacióny Automatización. La investigación fue apoyada por la Oficina de Investigación del Ejército de los EE. UU. El nuevo estudio es el último paso en el trabajo de investigación cuántica de Yale. Los científicos de Yale están a la vanguardia de los esfuerzos para desarrollar las primeras computadoras cuánticas totalmente útiles y han realizado un trabajo pionero en cuantocomputación con circuitos superconductores.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Yale . Original escrito por Jim Shelton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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