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El gato de «Alicia en el país de las maravillas» tiene un fundamento cuántico

El gato de «Alicia en el país de las maravillas» tiene un fundamento cuántico

La etérea sonrisa del gato que aparece en la novela «Alicia en el país de la maravillas» tiene un fundamento cuántico: puede moverse dentro de una caja, aunque el gato esté quieto en un rincón, y propiciar así protocolos de comunicación mucho más seguros.

El gato de Schrödinger es uno de los personajes más conocidos de la física cuántica: explica de forma imaginaria uno de los misterios de la ciencia actual. Pero entre los entresijos del universo cuántico hay al menos otro gato.

En 1935, el físico Erwin Schrödinger propuso un ejemplo imaginario para explicar la dificultad de conocer la realidad tal como es, porque el mero hecho de iluminar un objeto cambia su naturaleza: un solo fotón de luz transfiere energía al objeto que se está mirando, explica el profesor asociado de Física en la Universidad de Hiroshima en Japón, Holger F. Hofmann.

Schrödinger decía: si tenemos un gato dentro de una caja en la que hemos introducido por un lado alimento y por el otro veneno, al final es el dueño del gato el que decide su suerte al abrir la caja: estará vivo o muerto según lo que el observador quiera encontrarse.

Tema relacionado: Estar en dos lugares a la vez no es una utopía

Gato sonriente

Pero la historia de los gatos cuánticos no termina aquí: en 2013, investigadores de universidades israelíes y del Reino Unido se inspiraron en la novela de Lewis Carroll, Alicia en el país de las maravillas, para explicar otro misterio de la física elemental.

Más concretamente, se inspiraron en uno de los personajes de la novela, el gato de Cheshire, que toma su nombre del condado de Inglaterra en el que había nacido Lewis Carroll.

En la novela, este gato está siempre sonriendo y tiene la mágica posibilidad no solo de aparecer y desaparecer cada vez que quiere, sino también de desaparecer poco a poco, dejando en el ambiente solo su sonrisa.

Alicia decía en la novela: «A menudo he visto un gato sin una sonrisa, pero una sonrisa sin un gato es la cosa más curiosa que he visto en toda mi vida!»

Partícula sin propiedades

Los científicos israelíes y británicos recurrieron a este ejemplo para explicar un descubrimiento que habían hecho: una partícula cuántica puede separarse por completo de sus propiedades, de la misma forma que la sonrisa se separa del resto del gato de Cheshire.

Era la primera vez que se conseguía separar una partícula de una de sus propiedades, demostrando así que el momento magnético de un neutrón se puede medir independientemente del propio neutrón.

Una cosa imposible en el mundo cotidiano, devino una vez más posible, casi corriente, en el mundo cuántico: el gato de Cheshire y el gato de Schrödinger tienen un profundo parentesco cuántico.

En el experimento de 2013, el gato de Cheshire va por el camino del haz superior, mientras que su sonrisa se desplaza por el inferior. Crédito: Leon Filter/TUWien

Sonrisa cuántica

Pero las paradojas del gato de Cheshire no terminan aquí. Una nueva investigación, cuyos resultados se publican en Nature Communications, viene a comprobar que la famosa sonrisa del felino de Carroll tiene un fundamento cuántico.

Ese fenómeno ocurre realmente en el mundo de las partículas elementales, explica al respecto la revista PhysicsWorld. No se trata solo del efecto de la imaginación de un novelista.

Lo que viene a demostrar este nuevo experimento es que la sonrisa que ha dejado el gato en el aire, rebota y se mueve dentro de una caja, aunque el gato esté quieto en el otro extremo de la misma caja.

Los autores de esta investigación lo han comprobado al observar cómo la propiedad de una partícula que mide su momento angular, llamada espín, puede variar, aunque esté alejada de ella.

Como ese momento angular intrínseco de una partícula no tiene correspondencia en la mecánica clásica, los autores de esta investigación han denominado a esa separación del espín que ahora han observado, efecto cuántico del gato de Cheshire.

Con este descubrimiento, los autores de esta investigación han confirmado además el así llamado fenómeno de contrafactualidad, que se define como la transferencia de un estado cuántico de un sitio a otro, sin ninguna partícula cuántica o clásica transmitida entre ellos.

Comunicación segura

Esta comprobación permite pensar en la comunicación contrafactual cuántica, una idea propuesta recientemente que consiste en usar la física cuántica para enviar mensajes entre dos partes, sin ninguna transferencia de materia y/o energía asociada con los bits enviados.

Eso significa que la etérea sonrisa del gato de Cheshire se podría usar para transmitir información de un lugar a otro, aprovechando esa propiedad tan particular de no tener relación de dependencia física con un cuerpo del que incomprensiblemente forma parte.

Eso significa también que la información transmitida de esa forma no puede manipularse para obtener fraudulentamente una mensaje confidencial, algo que se ha analizado fehacientemente.

De hecho, los autores de la nueva investigación piensan que el efecto dinámico cuántico del gato de Cheshire podría, en principio, incorporarse a los protocolos de comunicación contrafactuales existentes y fortalecer los que puedan desarrollarse más eficientemente en el futuro.

Paradojas persistentes

De todas formas, no dejan de mostrar su asombro por los resultados obtenidos: “lo más importante para nosotros no es una aplicación potencial, aunque es algo que hay que buscar, sino lo que nos enseña sobre la naturaleza”, dijo uno de los autores, Sandu Popescu, de la Universidad de Bristol, a Physics World.

Y añadió: “la mecánica cuántica es muy extraña, y casi cien años después de su descubrimiento continúa desconcertándonos. Creemos que descubrir fenómenos aún más desconcertantes y profundizar en ellos es la forma de finalmente comprenderlos».

Tan extraña es la mecánica cuántica que ha unido a Erwin Schrödinger, Premio Nobel de Física en 1933, y a un novelista famoso (y también matemático), Lewis Carroll (que se llamaba en realidad Charles Lutwidge Dodgson), para que a través de sus gatos comprendamos lo incomprensible, en lo que representa la última de las paradojas del mundo cuántico.

Referencia

A dynamical quantum Cheshire Cat effect and implications for counterfactual communication. Yakir Aharonov et al. Nature Communications volume 12, Article number: 4770 (2021). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-021-24933-9

Foto superior: representación del gato de Cheshire. Crédito: eileenmak, Flickr.

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

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