El efecto del gato de Cheshire cuántico recibe su nombre del gato de Cheshire ficticio en la historia de Alicia en el país de las maravillas. Ese gato era capaz de desaparecer, dejando solo su sonrisa atrás. De manera similar, en un artículo de 2013, los investigadores afirmaron que las partículas cuánticas pueden separarse de sus propiedades, con las propiedades viajando a lo largo de caminos que la partícula no puede recorrer. A esto le llamaron el efecto del gato de Cheshire cuántico. Desde entonces, otros investigadores han afirmado haber llevado esto más allá, intercambiando propiedades sin cuerpo entre partículas, desencarnando múltiples propiedades simultáneamente e incluso «separando la dualidad onda-partícula» de una partícula.
Sin embargo, una investigación reciente publicada en el New Journal of Physics muestra que estos experimentos en realidad no demuestran la separación de partículas de sus propiedades, sino que muestran otra característica contra intuitiva de la mecánica cuántica: la contextualidad. La mecánica cuántica es el estudio del comportamiento de la luz y la materia a escalas atómicas y subatómicas. Por su naturaleza, la mecánica cuántica es contra intuitiva. El equipo de investigación se propuso comprender fundamentalmente esta naturaleza contra intuitiva mientras exploraba los beneficios prácticos.
«La mayoría de las personas saben que la mecánica cuántica es extraña, pero identificar qué causa esta extrañeza todavía es un área activa de investigación. Se ha formulado lentamente en una noción llamada contextualidad, que significa que los sistemas cuánticos cambian dependiendo de las mediciones que se les hagan», dice Jonte Hance, investigador de la Universidad de Hiroshima y la Universidad de Bristol.
Una secuencia de mediciones en un sistema cuántico producirá resultados diferentes dependiendo del orden en que se realicen las mediciones. Por ejemplo, si medimos la ubicación de una partícula y luego su velocidad, esto dará resultados diferentes a medir primero la velocidad y luego la ubicación. Debido a esta contextualidad, los sistemas cuánticos pueden clasificarse como teniendo propiedades que esperaríamos ser mutuamente incompatibles.
«Sin embargo, todavía no entendemos realmente qué causa esto, por lo que eso es lo que queríamos investigar, utilizando el escenario paradójico del gato de Cheshire cuántico como control», dice Hance. El equipo señala que el problema con la paradoja del gato de Cheshire cuántico es que su afirmación original, de que la partícula y su propiedad, como el giro o la polarización, se separan y viajan por diferentes caminos, puede ser una representación engañosa de la física real de la situación.
«Queremos corregir esto mostrando que se obtienen resultados diferentes si se mide un sistema cuántico de diferentes maneras y que la interpretación original del gato de Cheshire cuántico solo surge si se combinan los resultados de estas diferentes mediciones de una manera muy específica, y se ignora este cambio relacionado con la medición», dice Holger Hofmann, profesor de la Universidad de Hiroshima.
El equipo analizó el protocolo del gato de Cheshire mediante el examen de la relación entre tres mediciones diferentes con respecto al camino y la polarización de un fotón dentro del protocolo del gato de Cheshire. Estas habrían resultado en una contradicción lógica si el sistema no fuera contextual. Su artículo analiza cómo este comportamiento contextual se relaciona con los valores débiles y las coherencias entre los estados prohibidos. Su trabajo demostró que en lugar de que una propiedad de la partícula esté desencarnada, el gato de Cheshire cuántico demuestra los efectos de estas coherencias, que se encuentran típicamente en sistemas pre y post-seleccionados.
Mirando hacia el futuro, el equipo quiere expandir esta investigación, encontrar una forma de unificar los efectos paradójicos cuánticos como manifestaciones de la contextualidad y explicar cómo y por qué las mediciones cambian los sistemas cuánticos. «Esto no solo nos ayudará a finalmente explicar por qué la mecánica cuántica es tan contra intuitiva, sino que también nos ayudará a desarrollar formas de utilizar esta extrañeza con fines prácticos. Dado que la contextualidad está inherentemente vinculada a escenarios con una ventaja cuántica sobre las soluciones clásicas a un problema dado, solo comprendiendo la contextualidad podremos realizar todo el potencial de, por ejemplo, la computación cuántica», concluyó Hance.
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