Kernel Creativo
Decoherencia cuántica: por qué el mundo cotidiano parece clásico

Decoherencia cuántica: por qué el mundo cotidiano parece clásico

Los átomos, los electrones y los fotones se comportan según las reglas de la mecánica cuántica, con superposiciones e interferencias. Sin embargo, una mesa, un gato o una persona parecen obedecer reglas clásicas, sin rastros de rarezas. ¿Dónde está la frontera? La decoherencia ofrece una respuesta convincente a esta pregunta.

El problema de la medición

La teoría cuántica describe sistemas aislados con superposiciones. Pero cuando medimos, obtenemos un resultado definido. Explicar cómo se pasa de uno a otro ha sido un problema abierto desde los inicios de la física cuántica, y se conoce como el problema de la medición.

Nada está realmente aislado

Un objeto real interactúa constantemente con su entorno: moléculas de aire, fotones de luz, radiación térmica. Cada una de estas interacciones deja una pequeña huella en el entorno sobre el estado del sistema, lo que equivale a una medición parcial. La información sobre en qué estado está el sistema se dispersa y se vuelve prácticamente imposible de recuperar.

Cómo desaparece la interferencia

Una superposición se manifiesta mediante interferencia entre sus componentes, que requiere cierta coordinación entre las fases, llamada coherencia. Cuando el entorno se entrelaza con el sistema, esa coordinación se pierde: la interferencia desaparece y el sistema se comporta como una mezcla estadística de alternativas, es decir, como si ya hubiera elegido una.

Tiempos de decoherencia

El tiempo en el que ocurre depende del tamaño del objeto y de lo expuesto que esté. Para una partícula de polvo en el aire, es inimaginablemente breve, mucho menor que cualquier proceso medible. Para un átomo aislado en el vacío, puede ser segundos o más. Por eso observamos fenómenos cuánticos en sistemas pequeños y muy aislados.

¿Resuelve el problema de la medición?

La decoherencia explica por qué no vemos superposiciones macroscópicas, pero no resuelve del todo por qué se obtiene un resultado único. Distintas interpretaciones, como muchos mundos o Copenhague, lo explican de formas diferentes. Aun así, es un resultado sólido que explica cómo emerge el comportamiento clásico de la física cuántica.

El enemigo de la computación cuántica

Los qubits deben mantener su coherencia el tiempo suficiente para realizar cálculos. Cualquier interacción no deseada con el entorno los degrada. Por eso se construyen en condiciones extremas: temperaturas cercanas al cero absoluto, vacío, blindaje magnético. Los ingenieros miden y mejoran continuamente los tiempos de coherencia de sus dispositivos.

Combatir la decoherencia

Además de aislar los sistemas, se desarrollan códigos de corrección de errores cuánticos, técnicas de desacoplamiento dinámico que invierten los efectos del ruido y diseños de qubits menos sensibles a las perturbaciones. El progreso en este campo es esencial para construir computadoras cuánticas útiles.

Un experimento que lo muestra

Los experimentos con moléculas grandes ilustran la decoherencia. Cuando se envían moléculas de fullereno, formadas por sesenta átomos de carbono, a través de rejillas, se observa interferencia. Pero si las moléculas se calientan y emiten radiación térmica, o si colisionan con gas residual, la interferencia se debilita en forma proporcional a la información que el entorno obtiene sobre su camino. Este resultado muestra de manera directa que la frontera entre lo cuántico y lo clásico depende del grado de aislamiento, no de un tamaño mágico.

La decoherencia ayuda a comprender por qué el mundo que vemos parece clásico aunque en el fondo sea cuántico. Es una de las ideas clave para entender dónde termina lo extraño y dónde empieza lo cotidiano.

Kernel Creativo
Kernel Creativo
En línea