¿Qué puede enseñarnos el gato de Schrödinger sobre la mecánica cuántica? - Josh Samani

Para ver la lección completa ver: http://ed.ted.com/lessons/what-can-schrodinger-s-cat-teach-us-about-quantum-mechanics-josh-samani

La física clásica que encontramos en nuestro mundo macroscópico todos los días es muy diferente de la física cuántica que rige los sistemas en una escala mucho menor (como los átomos). Un gran ejemplo de rarezas de la física cuántica puede demostrarse en el experimento mental del gato de Schrödinger. Josh Samani nos pasea por este experimento de entrelazamiento cuántico.

Lección por Josh Samani, animación por Dan Pinto.

Piensa que lanzas
una pelota al aire.

¿Puedes predecir
cómo se moverá

después de
que dejó tu mano?

Claro, es fácil.

La pelota se irá hacia arriba
hasta que llegue al punto más alto

y luego regresará a tu mano.

Por supuesto,
eso es lo que pasa,

y lo sabes ya que
has sido testigo

de eventos similares
muchas veces.

Has observando la fisica

de los fenómenos
cotidianos toda tu vida.

Pero supón
que hacemos preguntas

sobre la física
de átomos, como:

¿cómo se moverá
un electrón

alrededor del núcleo de
un átomo de hidrógeno?

¿Podríamos responder con base

en la experiencia
diaria de la física?

Definitivamente no.
¿Por qué?

Porque la física que gobierna
el comportamiento

de los sistemas
en escalas tan pequeñas

es muy diferente de la física
de los objetos macroscópicos

que ves a tu alrededor
todo el tiempo.

El mundo cotidiano
que conocemos y amamos

se comporta de acuerdo
con las leyes de la mecánica clásica.

Pero los sistemas
en la escala atómica

se comportan de acuerdo

con las leyes de
la mecánica cuántica.

Este mundo cuántico resulta
ser un lugar muy extraño.

Una ilustración de
la rareza cuántica

está dada por un famoso
experimento mental:

El gato de Schrödinger.

Un físico, al que no le gustaban
especialmente los gatos,

pone un gato en una caja,

junto con una bomba
que tiene un 50%

de probabilidad de explotar
y después la cierra.

Hasta que vuelva a abrir la caja,
no hay forma de saber

si la bomba explotó o no,

y por lo tanto, no hay manera de saber
si el gato está vivo o muerto.

En la física cuántica,
podríamos decir

que antes de
nuestra observación

el gato estaba en
un estado de superposición.

No estaba ni vivo ni muerto,
sino más bien

en una mezcla de
ambas posibilidades,

con una probabilidad
del 50% cada una.

El mismo tipo
de cosas sucede

en los sistemas físicos
a escala cuántica,

como un electrón en órbita
en un átomo de hidrógeno.

El electrón no está realmente
orbitando para nada.

Es como un espacio en el que
está en todas partes a la vez,

con más probabilidad de estar
en algunos lugares que en otros,

y es solo después de
medir su posición

que podemos señalar dónde
se encuentra en ese momento.

Muy parecida a
la forma en que

desconocíamos si el gato
estaba vivo o muerto

hasta que abrimos la caja.

Esto nos lleva al extraño
y hermoso fenómeno

del entrelazamiento cuántico.

Supón que en vez
de un gato en una caja,

tenemos dos gatos
en dos cajas diferentes.

Si repetimos el experimento

con este par de gatos,
el resultado del experimento

puede ser una de
cuatro posibilidades.

O bien los dos gatos estarán
vivos, o los dos muertos,

o uno estará vivo
y el otro muerto, o viceversa.

El sistema de los dos gatos
está de nuevo

en un estado de superposición,
con cada resultado

de una probabilidad
del 25% en lugar del 50%.

Pero aquí está lo genial:

la mecánica cuántica
nos dice que es posible borrar

el estado de superposición
de los dos gatos vivos o muertos.

En otras palabras,
habrá un sistema de dos gatos,

tal que el resultado será siempre
un gato vivo y el otro muerto.

El término técnico
para esto es

que los estados de
los gatos se entrelazan.

Pero hay algo realmente alucinante
sobre el entrelazamiento cuántico.

Si se prepara
el sistema de dos gatos

en cajas en estado
de entrelazamiento,

y se llevan a extremos
opuestos del universo,

el resultado del experimento
seguirá siendo siempre el mismo.

Un gato siempre
va a salir con vida,

y el otro gato siempre
va a terminar muerto;

no obstante,
cuál gato vive o muere

es completamente indeterminado

hasta que midamos el resultado.

¿Cómo es esto posible?

¿Cómo es que los estados de los gatos
en lados opuestos del universo

pueden entrelazarse
en esta forma?

Están muy lejos
para comunicarse en el tiempo,

así que, ¿cómo las dos bombas
siempre conspiran de tal manera

que una explota y la otra no?

Podrías estar pensando,

"Esto es solo
un galimatías teórico.

Este tipo de cosas no pueden
ocurrir en el mundo real".

Pero resulta que
el entrelazamiento cuántico

se ha confirmado en experimentos
de laboratorio en el mundo real.

Dos partículas subatómicas entrelazadas
en un estado de superposición,

donde el espín de uno va
en la dirección inversa del otro,

lo hacen exactamente así,
incluso aunque no haya forma

de que la información vaya
de una partícula a la otra

indicándole en
qué dirección girar

para obedecer las reglas
del entrelazamiento.

No es de extrañar
que el entrelazamiento

esté en el centro de la ciencia
de la información cuántica,

un campo creciente de estudio

sobre cómo utilizar las leyes
del raro mundo cuántico

en nuestro mundo
macroscópico,

como en criptografía cuántica,

así los espías puedan enviar
mensajes seguros entre sí,

o la computación cuántica,
para descifrar códigos secretos.

La física del día a día
puede empezar a parecer

un poco más como el
extraño mundo cuántico.

La teletransportación cuántica
incluso puede progresar tanto,

que un día tu gato se escapará
a una galaxia más segura,

donde no existan
físicos ni cajas.