Un estudio en la revista Nature de esta semana encuentra sorprendentes similitudes entre el caos clásico y cuántico.

Cuando un hipotético globo diminuto, a escala cuántica es explotado en el vacío, ¿las partículas dentro del mismo se dispersan por todo el lugar de la misma forma que predice la mecánica clásica?.

La cuestión es aparentemente compleja, dado que las partículas cuánticas no se parecen ni actúan como las moléculas del aire de un globo real. La materia a la infinitesimalmente pequeña escala cuántica es tanto una onda como una partícula, y su posición no puede definirse con precisión debido a que la medida altera el sistema.
Ahora, físicos teóricos de la Universidad de California del Sur y de la Universidad de Massachusetts Boston han demostrado una antigua hipótesis de que existe un tipo de caos a escala cuántica.

En la edición del 17 de abril de la revista Nature, el autor senior Maxim Olshanii informó que cuando un observador intenta medir la energía de las partículas que proceden de un globo cuántico, la interferencia causada por el intento mandaba al sistema a un estado final “relajado” análogo al sistema caótico de dispersión de moléculas de aire.

El resultado es el mismo para cualquier conjunto de partida de partículas, añade Olshanii, dado que el acto de medir elimina las diferencias entre los estados iniciales variantes.

“Es suficiente con saber las propiedades de un único estado estacionario de energía definida del sistema para predecir las propiedades del equilibrio térmico (estado final)”, dijo Olshanii.

La medida – que implica la interacción entre el observador y lo observado, tal como el viaje de la luz entre ambos – interrumpe el estado “coherente” del sistema, , dijo Olshanii.

En términos matemáticos, la interferencia resultante revela el estado final, que había quedado oculto en las ecuaciones que describen el estado inicial del sistema.

“El equilibrio término ya está codificado en un estado inicial”, dijo Olshanii. “Se puede ver ciertas firmas del futuro equilibrio. Ya estaban allí pero más enmascarados por las coherencias cuánticas”.

El hallazgo tiene implicaciones para el emergente campo de la computación cuántica y la teoría de la información, dijo Paolo Zanardi, profesor asociado de física que estudia la información cuántica en la USC.

En el mundo de Zanardi, los investigadores quieren evitar los sistemas coherentes de que caigan en el caos del equilibrio térmico.

“Hallar tales estados “no termalizables” de la materia y manipularlos es exactamente una de las cosas que la gente de la computación/información cuántica les encantaría hacer”, escribió Zanardi. “Tales estados serían inmunes a la “decoherencia” (pérdida de coherencia cuántica inducida por el acoplamiento con el entorno) que aún es el obstáculo más serio, tanto conceptual como práctico, entre nosotros y un procesado viable de la información cuántica”.

Zanardi y un colaborador introdujeron la noción de estados cuánticos “libres de decoherencia” en 1997. Los investigadores como Zanardi y Daniel Lidar, profesor asociado de química, entre otros, han ayudado a hacer de la USC un centro importante para el estudio de la computación cuántica.

Olshanii y sus coautores, los investigadores de posdoctorado Marcos Rigol y Vanja Dunjko, desarrollaron su teoría del equilibrio térmico cuántico en la USC y completaron su trabajo en la Universidad de Massachusetts Boston.

Su investigación estaba patrocinada por la Fundación Nacional de Ciencia y la Oficina de Investigación Naval.


Autor: Carl Marziali
Fecha Original: 17 de abril de 2008
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