La física cuántica describe el mundo interno de los átomos individuales, un mundo muy diferente de nuestra experiencia cotidiana. Uno de los muchos aspectos extraños pero fundamentales de la mecánica cuántica es el papel del observador: medir el estado de un sistema cuántico hace queA pesar de la importancia del proceso de medición dentro de la teoría, todavía tiene preguntas sin respuesta: ¿se colapsa instantáneamente un estado cuántico durante una medición? Si no, cuánto tiempo lleva el proceso de medición y cuál es el estado cuántico del sistema encualquier paso intermedio?
Una colaboración de investigadores de Suecia, Alemania y España ha respondido estas preguntas utilizando un solo átomo: un ion de estroncio atrapado en un campo eléctrico. La medición del ion dura solo una millonésima de segundo. Al producir una "película"consistentes en imágenes tomadas en diferentes momentos de la medición, mostraron que el cambio de estado ocurre gradualmente bajo la influencia de la medición.
Los átomos siguen las leyes de la mecánica cuántica que a menudo contradicen nuestras expectativas normales. El estado cuántico interno de un átomo está formado por el estado de los electrones que circulan alrededor del núcleo atómico. El electrón puede circular alrededor del núcleo en una órbita cercana o más alejadaSin embargo, la mecánica cuántica también permite los llamados estados de superposición, donde el electrón ocupa ambas órbitas a la vez, pero cada órbita solo con cierta probabilidad.
"Cada vez que medimos la órbita del electrón, la respuesta de la medición será que el electrón estaba en una órbita más baja o más alta, nunca algo intermedio. Esto es cierto incluso cuando el estado cuántico inicial era una superposiciónde ambas posibilidades. La medición en cierto sentido obliga al electrón a decidir en cuál de los dos estados se encuentra ", dice Fabian Pokorny, investigador del Departamento de Física de la Universidad de Estocolmo.
La "película" muestra la evolución durante el proceso de medición. Las imágenes individuales muestran datos de tomografía donde la altura de las barras revela el grado de superposición que aún se conserva. Durante la medición se pierden algunas de las superposiciones, y esta pérdidasucede gradualmente, mientras que otros se conservan como deberían ser para una medición cuántica ideal.
"Estos hallazgos arrojan nueva luz sobre el funcionamiento interno de la naturaleza y son consistentes con las predicciones de la física cuántica moderna", dice Markus Hennrich, líder del grupo del equipo en Estocolmo.
Estos resultados también son importantes más allá de la teoría cuántica fundamental. La medición cuántica es una parte esencial de las computadoras cuánticas. El grupo de la Universidad de Estocolmo está trabajando en computadoras basadas en iones atrapados, donde las mediciones se utilizan para leer el resultado al final deun cálculo cuántico
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Materiales proporcionado por Universidad de Estocolmo . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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