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Serge Haroch y David Wineland reciben el premio Nobel de Física 2012

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Normalmente, la mera observación modifica lo observado, sobre todo en la física de las partículas. La investigación de un fotón implica actuar de una manera u otra, por lo que el resultado de lo estudiado se cuestiona porque es una consecuencia de la observación. Pero no siempre. El francés Serge Haroche y el estadounidense David Wineland investigaron fotones y átomos sin que la propia observación destruyera esos fotones. De ahí el premio Nobel de Física 2012. Utilizando la metáfora más conocida de la física cuántica, los dos físicos han visto al gato de Schrödinger sin salir de la caja.

El ejemplo de gato de Schrödinger pretendía cuestionar las consecuencias de la mecánica cuántica: introduciendo un gato y un veneno dentro de una caja, se le pone también un mecanismo radiactivo que activa el veneno. Y según la mecánica cuántica, el mecanismo puede estar activado y desactivado al mismo tiempo. El gato puede estar vivo y muerto al mismo tiempo. Sin embargo, con la caja abierta, el gato está muerto o vivo, uno de ellos. Pues bien, Haroch y Wineland, cada uno por su lado, inventaron métodos para observar este peculiar estado del gato sin abrir la caja.

La principal dificultad de los experimentos de Haroche y Wineland radica en que ellos experimentaron con fotones individuales, partículas de luz aisladas, estudiando las propiedades individuales de los fotones, para lo que debían despejarse y medirse sin interactuar con cualquier otra cosa. Para ello utilizaron dos estrategias contrarias.

La luz se puede atrapar durante un tiempo entre los dos espejos. Haroch lo hizo, pero con un solo fotón. Los espejos estaban formados por materiales superconductores (los espejos más brillantes del mundo) y los fotones tenían una frecuencia de microondas. El diseño de Haroche sostenía el fotón durante una décima de segundo, muy largo en el campo de la óptica cuántica, y enviaba los átomos de Rydberg al interior de la trampa. Los átomos de Rydberg salían de la trampa e informaban del estado de los fotones sin destruir el propio fotón.

El experimento de Wineland era una combinación muy concreta de láseres. Atrapaba el ion de un átomo, creando campos eléctricos a su alrededor. Y no sólo atrapaba, sino que aislaba la trampa interna de las condiciones externas. Así, el ion, al igual que al gato de Schrödinger, le hacía tener dos estados cuánticos a la vez, y estudiaba la superposición de los estados sin alterar la naturaleza del ion.

Los expertos han subrayado que en el futuro estas investigaciones tendrán una gran importancia en el desarrollo del ordenador cuántico, mediante estas técnicas se podrá leer simultáneamente un qubit con valores 0 y 1.