Manipulación a nivel cuántico: Premio Nobel de Física 2012

Como probablemente ya habrán escuchado, el premio Nobel de física este año fue concedido a Serge Haroche y David Wineland por desarrollar métodos experimentales que permiten estudiar sistemas cuánticos individuales. Woah, son de esas cosas que no se pueden creer hasta que se ven.

Verán, la física cuántica se comporta muy diferente a cualquier cosa a la que estemos acostumbrados. Se trata literalmente de un mundo de probabilidades, donde pocas cosas son certeras, donde las partículas también son ondas, y en donde las partículas se pueden encontrar en varios estados diferentes al mismo tiempo.

Esto último es muy importante, y es justamente lo que explica Schrödinger con su experimento mental del gato. Para hacer la historia un poco corta (luego se las cuento con más detalle), en el mundo cuántico pueden ocurrir cosas “absurdas” como que un gato se encuentre vivo y muerto al mismo tiempo mientras no sea observado. Una vez que observamos al gato, este abandona las leyes de la cuántica y adquiere un solo estado clásico: vivo o muerto.

Aquí es donde entran Haroche y Wineland. Si el simple hecho de observar una partícula hace que abandone su estado cuántico, ¿cómo vamos a estudiarlas? Más aún, ¿cómo estudiaremos un solo sistema cuántico? ¿Suena imposible no?

¡No para estos hombres! Gracias a sus trabajos se abrieron las puertas a una nueva era de experimentación cuántica donde hacer mediciones y manipulaciones a partículas con estados cuánticos es posible.

Serge Haroche obtuvo su parte del premio atrapando fotones, haciéndolos rebotar entre un par de espejos más de mil millones de veces antes de ser absorbidos. Obviamente no se trata de espejos cualesquiera. Los espejos que usó Haroche, eran superconductores, se encontraban en el vacío y habían sido enfriados a temperaturas muy cercanas al cero absoluto.

Para determinar cuántos fotones quedan atrapados entre los espejos, lo que se hace es enviar entre los espejos un átomo de rubidio con un estado cuántico cuidadosamente calculado. Al salir, se mide el nuevo estado del átomo, y a partir de ahí se sabe cuántos fotones se tienen atrapados.

Una vez se sabe cuántos fotones hay atrapados entre los espejos se pueden hacer muchos otros experimentos, como averiguar el estado cuántico de los fotones o inclusive forzarlos a existir en otro estado cuántico diferente. ¡Nobel completamente merecido!

Por su parte, David Wineland logró atrapar iones (átomos con carga eléctrica no neutra) individuales usando campos eléctricos y magnéticos como “trampas”. Una vez atrapados, se puede enfriar los iones usando pulsos de luz láser, hasta que lleguen a su estado de mínima energía, que es el punto donde no pueden bajar más su temperatura. Usando estas trampas, el equipo de Wineland logró manipular los iones para que quedaran en un estado cuántico entre su nivel de más baja energía y el siguiente. ¡Otro Nobel completamente merecido!

Las aportaciones de Wineland abrieron la posibilidad de poder construir tecnología basada en la mecánica cuántica, como las computadoras cuánticas sobre las cuales se está trabajando mucho actualmente. Estas computadoras podrían revolucionar el mundo como lo conocemos,  pues en vez de usar 0’s y 1’s, se usarían estados cuánticos de algunos cuantos átomos. Esto permitiría a la  computadora explorar muchas posibilidades al mismo tiempo .

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Referencias:

Physics today. Serge Haroche and David Wineland share this year’s nobel prize in physics.

 http://www.physicstoday.org/daily_edition/physics_update/serge_haroche_and_david_wineland_share_this_year_s_nobel_prize_in_physics/1.2862521

Scishow. Nobel News: Capturing photons, Cloning frogs

http://www.youtube.com/watch?v=YfmnKsMo2sk

Imágenes:

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2012/#

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