Superposición cuántica

¿Puede algo estar en diversos estados al mismo tiempo? Esto es lo que parece remarcar la superposición cuántica. Si este concepto no es nada familiar para ti, este ejemplo te ayudará a entenderlo: Imagina que tienes una moneda. En el mundo clásico, la moneda puede estar en uno de dos estados: cara o cruz. Sin embargo, en el mundo cuántico, una partícula (pongamos un electrón, por ejemplo)  puede estar en una superposición de ambos estados al mismo tiempo, es decir, puede estar en “cara” y “cruz” simultáneamente.

En el caso de la moneda, “cara” y “cruz” son los dos estados posibles. Para un electrón, estos estados podrían ser, por ejemplo, “spin arriba” y “spin abajo”*. En la superposición cuántica, el electrón no está simplemente en “spin arriba” o “spin abajo”, sino en una combinación de ambos estados al mismo tiempo.

*El “spin” es una propiedad cuántica intrínseca de las partículas subatómicas, como los electrones.Aunque el término "spin" sugiere una rotación, en realidad no se refiere a un giro físico en el espacio, sino a una propiedad matemática que describe el momento angular intrínseco del electrón.

En resumen, las partículas pueden estar en muchos estados al mismo tiempo, y es por esto que decimos que se encuentran en una superposición de estados, significando esto que se encuentran en muchos lugares a la vez, hasta que se miden y se determina su posición.

Solo cuando se intenta medir por cuál rendija pasa el electrón, la superposición colapsa y el electrón se comporta como una partícula clásica, pasando por una rendija específica.  Cuando se mide por cuál rendija pasa cada electrón, el patrón de interferencia desaparece. En lugar de ver múltiples franjas (que indican la interferencia de ondas), se observa un patrón de dos franjas, correspondiente a las dos rendijas, como si los electrones fueran partículas clásicas pasando por una rendija u otra. Sin la medición, el electrón mantiene su estado de superposición, lo que resulta en el patrón de interferencia característico. Es por eso que este experimento muestra claramente un ejemplo de superposición cuántica.

Sin embargo, un experimento mental igualmente conocido puede resultar incluso más fascinante. Este es, por supuesto, el gato de Schrödinger. Imagina lo siguiente:

• Imagina un gato dentro de una caja cerrada.

• Dentro de la caja, hay un dispositivo que contiene una partícula radiactiva, un contador Geiger, un frasco de veneno y un martillo.

• Si el contador Geiger detecta la desintegración de la partícula radiactiva, el martillo rompe el frasco de veneno y el gato muere. Si no detecta la desintegración, el gato sigue vivo.

Según la mecánica cuántica, la partícula radioactiva puede estar en una superposición entre dos estados: desintegrada y no desintegrada al mismo tiempo. Esto significa que, hasta que se observe el sistema, el gato está en una superposición de estados: vivo y muerto. Solo cuando se abre la caja y se observa el estado del gato, la superposición colapsa y el gato se encuentra en un estado definido, al igual que ocurre con los electrones en el experimento de Young.