La rareza cuántica volvió a golpear en 2019. Un experimento descrito en Nature en junio resolvió un apasionado debate que ha dividido a los físicos durante más de un siglo, al tiempo que plantea nuevas preguntas. Los investigadores anunciaron que habían rastreado un salto cuántico con un detalle sin precedentes, mostrando que es posible no solo predecir cuándo podría saltar una partícula, sino también, extrañamente, revertirla a mitad del salto.
«Hay más en la historia de la física cuántica de lo que pensábamos», dice el físico Zlatko Minev, científico investigador de IBM que dirigió el experimento mientras estaba en la Universidad de Yale.
La noción de salto cuántico se originó en 1913, cuando el físico danés Niels Bohr introdujo la revolucionaria idea de que los electrones solo rodean el núcleo de los átomos en órbitas discretas, o niveles de energía. Los electrones saltan de un nivel a otro, según la hipótesis de Bohr, absorbiendo o emitiendo un paquete de energía, llamado cuántico. Las partículas pueden existir en un nivel u otro, pero nunca en el medio. Según esta idea, los saltos cuánticos son instantáneos y aleatorios.
Otros físicos han criticado la idea de que una partícula salta tan abruptamente. «¿Cómo funciona una transición sin haber estado en el medio?»pregunta Minev. Para investigar los misterios del salto medio, Minev y sus colaboradores usaron un «átomo artificial», una configuración experimental que puede imitar eficazmente el comportamiento de los electrones, incluido un salto cuántico.
Los estados cuánticos cambian cuando se miden directamente, por lo que para evitar ese escollo, Minev y su equipo observaron un proxy: el nivel de fotones reflejados o absorbidos a medida que el sistema cambiaba de estados y niveles de energía. Recopilaron y analizaron datos a escala de microsegundos, lo que les permitió buscar comportamientos no visibles a intervalos de tiempo más largos. El físico y coautor principal de Yale, Michel Devoret, lo compara con ver una película en cámara lenta. «Al igual que en el cine, puedes ver cosas que no puedes ver a gran velocidad.»
A escalas tan finas, el salto cuántico parecía menos como un tirón abrupto y más como una transición suave y continua de un estado de energía a otro. Los investigadores también notaron que el sistema enviaba una señal sutil antes de un salto, y que con un pulso de luz cuidadosamente calibrado, podían revertir los saltos que ya estaban en progreso. Manipular estados cuánticos de esta manera, dice Minev, puede ser útil en la corrección de errores para computadoras cuánticas.
El experimento confirma que durante un salto cuántico, la partícula realmente existe en dos estados a la vez. «De una manera cuántica típica, Bohr tenía razón y estaba equivocado al mismo tiempo», dice Minev.
