"Si rompemos el Universo en pedacitos cada vez más pequeños, cuando no podamos continuar... cuando tengamos el pedazo más pequeño posible, entonces tendremos un bit de información"Vlatko Vedral, no son palabras exactas, pero contienen la misma información que el texto original.
Si queréis ver una interesante entrevista a Vedral (en inglés) pulsad aquí.
El bit es la mínima información posible, el "uno" y el "cero", el "sí" y el "no", y por lógica no puede reducirse en componentes menores.
La información, definida por Bateson como "la diferencia que hace una diferencia", supone un reto para la ciencia, hoy día, físicos, filósofos, neurocientíficos, biólogos... deberían seguir los pasos de aquellos que ya se han adentrado en las turbulentas aguas de la información, pues en ella podemos encontrar respuestas a algunas preguntas interesantes y, por supuesto, muchos motivos para poder hacernos aun muchas preguntas más.
Ranúnculo os trae una...
En teoría nada puede desplazarse más rápido que la luz a través del espacio, ¿cierto?
Como sabéis la luz tarda cerca de ocho minutos en llegar del Sol a la Tierra, esa es una gran distancia. ¿Qué ocurriría si me compro un puntero láser y apunto al Sol... y sin soltar el botón de encendido trazo una línea desde su centro hasta, por ejemplo, el planeta Marte?, planeta que esta "cerca" de la Tierra y al que la luz del Sol tarda en llegar varios minutos.
Si el puntero láser ha recorrido esta distancia en 3 segundos, hemos superado la velocidad de la luz por mucho ¿cómo es esto posible?
Una posible pista estaría en los Cuantejos de El Tamiz, aquí.
Tay
Fuente:
Entrada inspirada en BoingBoing
Wikio
22 comentarios:
Veo que acabas de descubrir la velocidad de fase...
Hola Unodetantos
La finalidad del Método Ranúnculo es plantear preguntas para que el lector encuentre la respuesta para sí mismo, no para mí :D
Aquí tienes su esencia explicada:
http://minilink.es/17m
De hecho la respuesta que espero de los lectores viene relacionada con la introducción de esta entrada... y con la velocidad de fase claro.
De todos modos no soy ningún experto en física y (aunque lo fuese) agradezco toda corrección que creas oportuna.
Un saludo
Si, era irónico mi comentario.
Yo sí soy "experto" en Física (bueno, tanto como pueda ser tener la carrera y un doctorado, pero llevo mucho tiempo sin ejercer de Físico).
Técnicamente la velocidad de fase es la velocidad de una onda "aparente" en un medio dispersivo.
Como creo que sabrás, cuando la luz pasa por un medio, disminuye su velocidad. Esto es lo que provoca los fenómenos de refracción y reflexión. El parámetro que da la velocidad de la luz en un medio es el índice de refracción. Espera ¿que la luz va más lenta en un medio que en el vacío? ¿Pero la velocidad de la luz no era constante? Pues sí, es constante, pero al pasar por el medio hay átomos y esas cosas que estorban a los fotones. Estos son contínuamente absorvidos y reemitidos y entre reemisión y reemisión es lo que hace que la luz vaya más lenta. Si tuviésemos un sensor muy sensible y lanzásemos un haz de luz sobre un vidrio, a la salida detectaríamos unos poco de fotones que salen del vidrio justo a la velocidad de la luz. Esos son los fotones afortunados que no han sido absorvidos por ningún átomo. Y poco a poco vería como el sensor va detectando una cascada de más y más fotones, siendo su máximo cuando ha transcurrido un tiempo. Eso hace que la luz parezca que va más lenta.
Pero lo bueno viene que ese tiempo de absorción/reemisión depende de la longitud de onda. Es decir, que el índice de refracción varía de un color a otro. Eso es lo que da la llamada "aberración cromática" que tan bien conocen los aficionados a la fotografía: en una lente, la focal varía según la longitud de onda. Esa variación es máxima en el borde de la lente y para longitudes de onda muy separadas (rojo y azul). Así, en los bordes de una foto, en determinadas condiciones ves el rojo y el azul separados. Eso viene dado porque la velocidad de la luz en ese medio varía según la longitud de onda.
¿Qué tiene que ver esto con la velocidad de fase? Imagina luz blanca atravesando un medio. La velocidad de la luz es distinta según los distintos colores y por tanto el haz inicial se va "deformando".
Mira esta página:
http://gregegan.customer.netspace.net.au/APPLETS/20/20.html
Ahí podrás ver en la parte superior todos los colores que componen un haz de luz que atraviesa un medio. En la parte inferior, en color blanco, está la suma de todas las ondas de colores que hay en la parte superior.
Las líneas verticales que se mueven representan la velocidad de la luz. Como ves, ningún color supera la velocidad de la luz. Espera un ratito y verás que la suma de todas las componentes (la de blanco) de vez en cuando forma un "supergrupo" y comienza a superar la velocidad de la luz. Pero lo importante es que ninguna componente ha superado la velocidad de la luz. En realidad es algo "aparente". Esa es la velocidad de fase.
Incluso podemos ajustar de forma "astuta" ese medio dispersivo para que la luz vaya hacia atrás. Haz click con el ratón y el medio se comportará de forma anómala y de vez en cuando verás como el grupo de ondas formado va hacia atrás.
Si haces Shift+Click con el ratón, apagarás la fuente de luz. Pero aunque la apagues, el "supergrupo" sigue su camino porque en realidad todas las componentes que la forman ya han pasado por el muro que formas. Eso lo que significa es que eres incapaz de transmitir información con la velocidad de fase.
El ejemplo del puntero láser el ejemplo que se suele utilizar es proyectándolo sobre la Luna. La velocidad del puntero en la superficie de nuestro satélite puede superar la velocidad de la luz. Pero por mucho que la superes, con ese método no puedes transmitir información.
Básicamente. Físicamente nada prohibe que una velocidad de fase supere la velocidad de la luz. Pero por mucho que lo intentes no podrás transmitir información con ella. Pero nada impide que incluso la puedas medir. De hecho, es algo muy común medir velocidades mayores de la luz en cables de fibra óptica. E incluso algunas veces algunos científicos se confunden y lanzan artículos donde dicen que miden velocidades mayores que la de la luz.
Lo que no acabo de ver son qué tienen que ver la velocidad de fase con los "cuantejos". Esos cuantejos son una forma distinta de explicar la paradoja EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) donde explican que en realidad el comportamiento del "cuantejo" es debido a una variable oculta que dice que se comporte así. Como no vemos esa variable (está oculta) pensamos que ese comportamiento es aleatorio, pero en realidad no sería y es completamente predecible (es decir, la mecánica cuántica sería determinista).
La paradoja EPR decía que si la mecánica cuántica era no-determinista, obligatoriamente deberían de existir señales que se transmitiesen a una velocidad instantánea. Dado que no las había, la mecánica cuántica debía ser una teoría determinista con variables ocultas.
Este razonamiento hace que muchos digan que Einstein teorizó la telepatía e interacciones que se transmiten por una velocidad superior a la luz. Pero ni mucho menos.
La paradoja EPR ha sido un tema abierto durante muchos años hasta que John S. Bell ideó un medio de saber si había o no variables ocultas llamado "desigualdad de Bell" que se verificó experimentalmente en los años 80 dando como resultado que no hay variables ocultas.
La verdad que esto de las variables ocultas es algo que necesitaría algo más de extensión que este comentario. Pero bueno, es lo que hay...
Perdona por escribir este rollo tan gordo y monopolizar la zona de comentarios. Yo es que cada vez que me pongo, no se dónde cortar :-).
Estoy un poco perdido con lo que se cuenta aquí. Exactamente ¿qué es lo que se supone que va a más velocidad que la de la luz? entiendo que es el puntito rojo de mi rayo láser, que se va desplazando. Pero el puntito no es ningún fotón que se desplace.
En cada momento salen fotones de mi puntero que van llegando allá donde apunte. Estos fotones van a la velocidad de la luz a su sitio.
¿Y el puntito rojo? Es apariencia de desplazamiento, una ilusión óptica. Uno llega a un punto y otro a otro punto alejado de él y otro más a otro punto más allá, y yo percibo esas tres llegadas como una luz que se mueve, pero no es así.
¿Qué tiene esto que ver con la velocidad de fase?
¿Me estoy perdiendo algo?
¡Ayuda!
José Luis, no pienses que tiene algo de trivial este experimento del puntero láser proyectado sobre la Luna.
Sustituye un puntero láser por una fuente de luz que está rotando. Si la rotación es elegida de forma astuta, el frente de ondas que sale de esa fuente puede formar un grupo como el que se forma en la simulación que enlace. En vez de tener un medio dispersivo, tenemos una fuente de radiación rotando.
Eso es lo que pasa en determinados púsares. Un púlsar es una estrella de neutrones que gira muy rápidamente y que emite radiación. Ese giro hace que en determinados casos la radiación que emite forme una "envolvente" y en esos casos podemos detectar una velocidad de la luz mayor.
Aquí tienes un enlace de las discursiones científicas que se han generado para determinar si la radiación recibida de determinados púlsares (llamados superlumínicos) superaba o no la velocidad de la luz. Fíjate que la fecha de los artículos es de 2010.
http://francisthemulenews.wordpress.com/2010/01/07/por-que-los-pulsares-superluminicos-no-violan-la-teoria-de-la-relatividad-de-einstein/
Hola Unodetantos
Wow muchas gracias por tan buen comentario, muy constructivo.
Ya sabía que eras físico, he visitado tu blog alguna vez :D
Me ha encantado el ejemplo que has utilizado con el enlace, muy visual.
He utilizado el ejemplo de los cuantejos del Tamiz precisamente por el entrelazamiento cuántico en el caso de no existir variables ocultas.
Pues de no existir variables ocultas y ser la teoría cuántica una teoría completa, estaríamos asistiendo a un cambio instantáneo entre dos elementos "infinitamente" separados, lo cual implica un "enlace" instantáneo, que es lo más rápido que se puede ser (aunque no exista movimiento) y por tanto más rápido que la luz.
Pero claro, por mucho entrelazamiento que se dé, y por muy instantáneo que sea todo, es imposible transmitir información con el entrelazamiento cuántico... y por tanto seguimos sin violar la relatividad de Einstein.
La finalidad de esta pregunta del método Ranúnculo es que la gente se pregunte por la información y su naturaleza.
Veo que tu eres partidario de que existen las variables ocultas, no te cortes si quieres seguir expresándote, monopoliza monopoliza, que así ganamos todos :D
José Luis
Normalmente, al igual que la relatividad de Einstein en el lenguaje popular se cree que significa que "todo es relativo", respecto a la velocidad de la luz existe mucha confusión.
ya dediqué una entrada (en parte) sobre ello aquí:
http://minilink.es/17r
http://minilink.es/17s
Dos saludos!
Unodetantos, Tay:
Gracias por las aclaraciones. Me acabo de leer vuestros enlaces y el de Ciencia Kanija.
A ver si me aclaro:
-El puntito rojo de mi láser que apunta a la Luna se puede mover por la superficie a velocidad mayor que la de la luz.
-Yo sé que es un movimiento aparente, porque en cada momento el puntito lo forman fotones distintos.
-Un observador en la Luna no podría hacer esta distinción. No podría distinguir si ese puntito rojo le viene desde la Tierra o desde el otro lugar de la Luna. Este posible desplazamiento es la velocidad de fase.
-Pero aquí llega Ardavan y dice que sí, que se pueden distinguir por aquello de que la intensidad en un caso desciende con el cuadrado de la distancia y en el otro con la distancia. (Pero esto es para la luz normal, en un láser la intensidad se mantiene, ¿qué pasa aquí con Ardavan?).
-El fenómeno de un púlsar que se aleja de nosotros a velocidades mayores que la de la luz (porque estamos arrastrados por la expansión del espacio, que no conoce límites) es similar a lo anterior.
¿Es así?
A la espera de que Unodetantos te clare las dudas, yo solo puedo fastidiar la cosa :D
José Luis,
No, el hecho de tener un puntero moviéndose por la superficie de la Luna no es análogo al del púlsar. La cosa vendría ser más o menos así:
Imagina que dentro de una habitación hay una manguera y un periquito (esos que dan vueltas y sirven para regar los jardines).
Evidentemente, la forma del chorro que emiten ambos es completamente distinta. La manguera echa un chorro de agua contínuo y el periquito lo compro de tal forma que diese vueltas echase un chorro de agua circular. ¿Podría que ese periquito echase agua igual que una manguera? Si lo "tuneo" un poco, sí. Podría hacer que el periquito diese vueltas extremadamente rápido y que sincronizase el momento en el que echa el agua justo en una misma dirección. Es decir, en el caso de la manguera tengo un chorro de agua continuo y en el caso del periquito también tengo un chorro de agua continuo pero que en realidad está formado por cientos de pequeños "chorritos" de agua muy seguidos uno con respecto al otro. Observando únicamente el chorro de agua que sale ¿podría determinar si ha salido de una manguera o de mi periquito?
El púlsar es una estrella de neutrones rotando que emite una gran fuente de radiación muy direccional. Esa radiación la emita precisamente por su alta rotación que puede ser de cientos de veces por segundo. Lo que observamos desde la Tierra son señales muy potentes emitidas a intervalos de tiempo muy regulares (estoy hablando se décimas de segundo). De hecho, al principio se pensó que eran señales de vida inteligente.
Si te fijas el púlsar es como el periquito rotando. Si la rotación del púlsar es muy rápida, la radiación que emite genera una "envolvente". En los casos de los púlsares superlumínicos del artículo, lo que parece ser es que en esos casos la envolvente que genera el púlsar genera un frente de ondas cuya velocidad de fase supera la de la velocidad de la luz.
Evidentemente el ejemplo del púlsar no es análogo al 100% con el del periquito. En ese caso yo sincronizo la rotación del periquito con la expulsión de su agua y en el caso del púlsar este está rotando emitiendo radiación de forma contínua por sus polos magnéticos. Cuando ese polo magnético apunta a la Tierra, recibimos el chorro de radiación durante una brevísima facción de tiempo. Cuando ese polo vuelve a apuntar a la Tierra, recibimos otro chorro de radiación. Y eso lo hace de forma periódica. La analogía viene porque esos pequeños chorros de radiación que recibimos pueden en un momento dado aparentar que son un chorro continuo (no constantemente sino durante una breve fracción e tiempo) y encima durante ese instante de tiempo ese chorro continuo parece que nos llega con una velocidad superior a la de la luz.
Exactamente igual que la superposición de frecuencias de la simulación que enlacé genera durante un breve instante de tiempo un pulso que supera la velocidad de la luz. Pero en realidad ese pulso no es más que la superposición de muchos pulsos monocromáticos de los que ninguno supera la velocidad de la luz.
En el caso del púlsar ese pulso superlumínico es una superposición de pequeños pulsos generados por la propia rotación del púlsar.
Si no ves muy claro lo del puntero láser sobre la Con respecto al puntero láser sobre la Luna es el típico ejemplo que se suele usar para identificar cosas que se mueven a una velocidad mayor que la velocidad de la luz. Ese ejemplo es el más moderno, clásicamente el ejemplo que aparece en libros de textos es coger un proyecto superpotente y ponerse a hacer sombras chinescas sobre la Luna. La gente se queda asombrada al ver las sombras de mis dedos en la Luna moverse pero ¿a qué velocidad van las sombras? ¿Podrían ir a una velocidad mayor que la de la luz? La respuesta es sí. Exactamente igual que en el caso del puntero láser.
Imagina la radiación electromagnética que llega a la luna como una "cascada" de ondas". Justo en la transición entre luz/oscuridad tengo un frente de ondas plano cuya velocidad es superior a la de la luz.
En este caso, un selenita no podría confundirse mucho pues sabría distinguir perfectamente que se trata de una sombra. En el caso de la estrella no, podemos puesto que no la vemos rotar. La única diferencia es la atenuación que presenta la luz según varíe con el inverso de la distancia o cuadráticamente con respecto a este.
En el caso de los púlsares, se forma un frente de ondas cuya velocidad de fase es superior a la de la luz. En el caso de un medio dispersivo (como el del applet), también se forma un frente de ondas con velocidad superior a la de la luz. Ambos son fenómenos análogos, pero no tienen nada que ver el uno con el otro en su formación. No hay más analogía entre ellos que la de que finalmente se forma un frente de ondas supralumínico. Pero el como se forma es algo completamente distinto en ambos.
Gracias por las aclaraciones. Había entendido más o menos eso del púlsar y el periquito. Sin embargo puse el caso del láser porque parecía más fácil de explicar. Según lo hacía es que no veía cómo se podía confundir de dónde y cómo venía la luz. Ahora lo tengo más claro.
Un saludo.
Si, gracias Unodetantos, muy esclarecedor!
Tay,
No soy partidario de la mecánica cuántica como teoría de variables ocultas porque simplemente se ha demostrado que no puede ser así. En los años 80 se pudo realizar la desigualdad de Bell de forma experimental y el experimento demostró que no existían variables ocultas. Así pues la mecánica cuántica es completa en sí misma.
Pero eso NO implica que se transmitan señales a una velocidad superior a la de la luz.
Imagina 2 partículas creadas en un mismo proceso con velocidades opuestas (pero iguales en cantidad) que se alejan la una de la otra. A una puedo medirle la velocidad tan precisamente como quiera (a condición de tener una gran incertidumbre en conocer su posición) y a la otra le mido la posición tan precisamente como quiera (a condición de tener gran incertidumbre en conocer su velocidad). Pero como tienen velocidades iguales (pero opuestas), a la partícula que le he medido exactamente su posición puedo saber también su velocidad porque se la he medido a su partícula complementaria. La única forma de que las partículas siguiesen cumpliendo el principio de incertidumbre sería que una comunicase a la otra que su velocidad ha sido medida y así su partícula complementaria pudiese cambiar su posición para así satisfacer ese principio.
Como esa medición la puedo realizar con las partículas tan alejadas como desee, esa interacción tiene que ser instantánea.
Eso viene a decir, más o menos el argumento de la paradoja EPR.
Pues bien ¡no es así! Hasta hace pocos años, la única interpretación de Copenhague dice que la medición es la interacción entre la partícula y un aparato de medida. Si yo mido la interacción entre una partícula y un aparato para medir la velocidad, obtendré una medida. Si yo cojo ese mismo aparato para medir la velocidad de la partícula complementaria tendré la velocidad complementaria.
Pero si yo cojo el aparato de velocidad para medir la velocidad de una partícula y el aparato que mide la posición para obtener la posición de la partícula complementaria, no obtendré medidas complementarias. Por eso no tiene sentido asignar la velocidad de una partícula a su complementaria de esa forma tan libre.
Es decir, un sistema cuántico antes de medirlo está en un estado "indefinido". Sólo cuando yo lo mido es cuando se fuerza a ese sistema a tomar un valor dado de entre todos los posibles que puede alcanzar.
Básicamente indica que la interacción entre objeto y aparato de medida no es 0 y nunca lo será.
Por otro lado, nunca seré capaz de conocer el estado de un objeto sin medirlo
Y por último el observador y el objeto observado forman un ente inseparable.
Esta es la interpretación "oficial". Tiene sus lagunas como que un sistema cuántico no existe si no es medido. Es decir el típico "¿cómo suena un árbol en el bosque cuando cae?" pero en este caso al no haber ningún observador no existe ni el árbol ni el bosque hasta que no se observa.
Esto hace que surjas otras interpretaciones de la mecánica cuántica, pero siempre basadas en la interpretación de Copenhague. Así por ejemplo no necesariamente un observador es el que define el estado de un sistema cuántico. También lo puede definir la interacción con otro objeto.
Lo que sí te puedo decir es que aún no se ha cerrado este tema. La computación cuántica está arrojando nueva luz sobre todo esto. De hecho se está logrando hacer que sistemas macroscópicos se comporten como sistemas cuánticos (y cuando digo sistema macroscópico me refiero a unos 20 átomos). Esto nos lleva a otro concepto que es la decoherencia (que es cuando la función de onda de un sistema cuántico colapsa y de entre todos los estados posibles el sistema opta por uno). Lo que actualmente se sospecha es que la decoherencia depende de la temperatura, de lo grande que sea el sistema, de la interacción con otros sistemas... Vamos que básicamente tú no tienes propiedades cuánticas porque el tiempo que tarda tu función de onda en colapsar es instantáneo porque estás a unos 300 ºK, porque estás compuesto por 10^24 partículas, porque estás interaccionando con tu entorno constantemente... Por eso tu eres un sistema clásico y no tienes propiedades cuánticas y un electrón sí que las tiene. Esta es la línea que actualmente se está siguiendo donde no hay una línea divisoria entre lo clásico y lo cuántico.
Como ves, nada de variables ocultas.
Guauuu...
Hacía mucho que no disfrutaba tanto de una entrada y sus respectivos comentarios. ¡Que nivel!
Espero que Unodetantos se convierta en visita y contertulio habitual. Por cierto, su blog: "La tormenta de ayer" tampoco tiene desperdicio.
Gracias por este rato tan apasionante, Tay, José Luis y José Ignacio.
Unodetantos
En cuanto a la decoherencia, es por eso por lo que se baja la temperatura muchísimo en los experimentos en los que se trata de "dar propiedades cuánticas" a objetos macroscópicos, ¿no?
Supongo que una alta temperatura es sinónimo de entropía, y esta lo es de interacción con el medio. ¿Me equivoco?
Manu
Todo el merito es de Unodetantos, yo solo he puesto la línea de salida. :D
Saludos!
Gracias por vuestros amables comentarios. Intentaré ser breve en este comentario porque la verdad que la extensión de los comentarios ya pasa de castaño oscuro.
Tay, no debes confundir temperatura con entropía. Termodinámicamente la temperatura es lo que se puede medir con un termómetro y la entropía es una magnitud que se intercambia en un proceso (que es el intercambio de energía calorífica dividido por la temperatura a la que lo hace).
Quizás puedas encontrar un poco vagas estas definiciones, pero es que la termodinámica es así y no se preocupa esos "pequeños detalles". No le interesa que la materia está compuesta por átomos ni que estos se mueven ni siquiera qué es el calor. Simplemente se dedica a estudiar los intercambios de energía entre sistemas maximizando o minimizando procesos.
Tenemos que irnos a la mecánica estadística para que nos diga que la temperatura es una medida de la velocidad media de las partículas. Y la entropía es una medida de la cantidad de estados internos que puede alcanzar un sistema. Esto hace que tanto temperatura como entropía puedan generalizarse y usarse en muchos ámbitos.
Por ejemplo, en los años 50, un artículo de Claude Shannon (que trabajaba para la Bell) hizo que se aplicase el concepto de entropía a un mensaje. Así surgió toda una rama llamada "teoría de la información" donde la entropía de un mensaje es una medida de la cantidad de ruido frente a información relevante que contiene un sistema (gracias a esos estudios tenemos cifrados muy complejos, buenos compresores, magníficos recuperadores de información cuando falla un trozo, ...).
Bueno, que me voy por los cerros de Úbeda. Lo dicho: no confundas entropía (que mide el grado de desorden) con temperatura (que mide la velocidad media). Un sistema puede tener una temperatura muy baja y una gran entropía y viceversa. De hecho, termodinámicamente hablando, no tiene sentido hablar de la entropía de un sistema, sino de la entropía de un proceso (que es cuando 2 sistemas se ponen en contacto térmico e intercambian energía). La entropía de un sistema sólo tiene sentido desde la mecánica estadística.
Otra cosa que confundes son las popiedades cuánticas con el comportamiento cuántico. Un sistema puede exhibir propiedades cuánticas incluso a temperatura ambiente. Por ejemplo, el Sol (que nadie puede decir que esté cercano al cero absoluto) brilla gracias al efecto túnel (que es una propiedad cuántica como la copa de un pino). La temperatura que tiene no es suficiente romper la barrera de potencial de los núcleos atómicos y provocar la fusión. Pero ahí entra en juego el efecto túnel y hace que la fusión se de a una temperatura más baja que si el sistema fuese considerado "clásico".
Cuando se habla de decoherencia es cuando un sistema deja de tener un comportamiento cuántico desde el punto de vista de la medida. Verás, la mecánica cuántica establece que un sistema está en un estado indefinido hasta que se mide. Es decir, imagina que tengo un sistema cuántico que sólo puede tener 2 estados. Según la mecánica cuántica, el estado de ese sistema será la superposición de esos 2 estados. Pero ¿qué estado realmente tiene el sistema? Pues hasta que no lo midamos no lo sabremos. Pero el sistema tenia que tener algún estado antes de medirlo ¿no? No, el estado estaba en un estado cuántico y hasta que lo midamos no sabremos cuál es. Pero ¿eso no va en contra de la intuición? Pues sí. Si suponemos que el sistema está en un estado definido antes de medirlo estamos suponiendo que la mecánica cuántica tiene variables ocultas y NO las tiene (está demostrado).
Esta la paradoja del gato de Schrödinger: Tengo un gato encerrado en una caja que no se si está vivo o muerto. Vale un gato no es un sistema cuántico, así que hagamos que lo sea y asociemos ese estado de vivo/muerto a un sistema cuántico. Así que metemos un átomo radioactivo que emitirá en un momento dado una partícula alfa. Esa partícula será detectada por un detector y al hacerlo romperá una botella de cianuro y matará al gato.
El átomo sólo puede tener 2 estados: normal y desintegrado (bueno, técnicamente se llama decaído y no desintegrado). Así que según la mecánica cuántica el sistema está en una superposición de estados que se dará cada uno con una determinada probabilidad. Así que el que el gato esté vivo o muerto para a tener exactamente la misma superposición de estados. Entonces ¿el gato está vivo o muerto? Según la mecánica cuántica está en ambos estados y cada uno se dará con una determinada probabilidad cuando midamos (que el proceso de medida en este caso es abrir la caja).
Esta paradoja está aún sin resolver, pero se avanza sobre ella gracias a la computación cuántica. En esta computación tenemos un sistema con qbits en vez de los bits clásicos. Un qbit es por ejemplo un átomo que está en un estado fundamental o exitado (es decir, 0 ó 1). Pero según la mecánica cuántica ese qbit no estará en un estado puro 0 ó 1, sino en una superposición de estados 0 y 1 que se darán con una determinada probabilidad cuando midamos.
Gracias a una serie de operaciones astutas sobre una serie de qbits podemos hacer algunos cálculos complejos. Lo que realmente llama la atención es que como el sistema no abandona su estado cuántico de superposición todos los estados posibles se dan al mismo tiempo y es como si estuviésemos haciendo ese cálculo en paralelo con cientos de ordenadores clásicos. Esa es la "magia" de un ordenador cuántico: que la simulación que hago se hace "en paralelo".
Pero todo tiene un truco. Verás con un sistema clásico hago una simulación que me llevaría días y un ordenador cuántico la haría en segundos porque recorre todas las posible soluciones a la vez. Pero una vez que termino el ordenador clásico me da la solución y el cuántico no porque tengo que medirlo. Es decir, ¿qué valor tiene cada qbit? Pues bien, hago la simulación y obtengo un valor (0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 ...). Hago otra vez la simulación y obtengo otro valor (1 1 0 1 0 0 0 1 ...), la hago otra vez y obtengo otro valor... Es decir, tengo que repetir esa simulación cientos de veces para poder decir: el primer qbit tiene una probabilidad de un 30% de estar en 0 y de un 70% de estar en el estado 1, el segundo qbit tiene una probabilidad de un 10% de estar en el estado 0 y de un 90% de estar en el estado 1... Y así voy obteniendo la función de onda original. Es decir, tengo que repetir cientos de veces esa simulación para poder calcular con un error razonable (no hay exactitud sino que en la computación cuántica sólo puedo decir que la solución de la simulación es x con una fiabilidad de un tanto por ciento que será cada vez mayor conforme más simulaciones haga, pero que nunca será un 100% sino un 99.99999...%).
Creo que acabas de darte cuenta que la computación cuántica no es la panacea que nos quieren vender. La simulación cuántica tarda segundos en vez de días en hacerse, pero por contra tengo que repetir cientos o incliuso miles de veces la misma simulación (todo depende de lo exacto que quiera la medida y de los qbits que tenga) para dar el resultado. Pero bueno, en vez de repetir cien veces una misma simulación con un ordenador cuántico, puedo coger 100 ordenadores cuánticos y hacer esa misma simulación. Problema resuelto. Pero como ves no va a ser una tecnología de "andar por casa" y la PlayStation de casa no acabará teniendo un chip cuántico (al menos en los próximos 200 años).
Bueno, al grano. En el proceso de simulación, mis qbits están en un estado de superposición. Es decir, están en un estado "coherente". Cuando yo mido ese qbit mando al garete este estado coherente y fuerzo al sistema a que tome un valor (0 ó 1). Pero ¿y si no lo mido? ¿mantendría este estado coherente de forma indefinida? Pues no. Con la interpretación "clásica" de Copenhague si no lo mido no altero su estado de coherencia (es decir, con los valores 0 y 1 superpuestos). Pero ahora se sabe que sí. El qbit está en un entorno y puede interaccionar con otro qbit cercano, con el campo magnético que mantiene el átomo "aislado" o con otro átomo cercano al experimento porque el aislamiento magnético no es perfecto. Es decir, hay muchísimos factores que me pueden sacar al qbit del estado coherente y forzarlo a tomar un valor antes incluso que yo lo mida. Eso es la decoherencia. Cuando esto corre, el qbit pasa a tener un valor 0 ó 1, es decir se comporta como un bit clásico.
Esta decoherencia que me manda al garete la superposición es lo que te hablaba que dependía de la temparatura, de la masa (es decir, de la cantidad de átomos que haya en su entorno para interaccionar). Finalmente SE que el sistema acabará perdiendo esa coherencia, pero ¿en cuánto tiempo? Pues depende de esos factores de los que te he hablado antes. Como ves se está avanzando mucho porque es fundamental para la computación cuántica el saber si un qbit está en un estado coherente o no. Si mi dado un sistema mi tiempo de decoherencia medio es de 3 segundos. Se que la simulación y la medida tengo que hacerla en menos tiempo porque como tarde más mis qbits pierden la coherencia y por tanto el resultado no es correcto.
Pero este tema aún no está cerrado.
Unodetantos
Me ha resultado un comentario instructivísimo.
Esta semana santa, leyendo a Brian
Greene, me dio por pensar en la computación cuántica, y tenía dudas que me acabas de resolver!!!
voy a releer todo esto para asentarlo un poco más
Un saludo!
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