Normalmente podemos estar de acuerdo sobre cómo son los objetos, pero ¿por qué?
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Nuestro mundo parece ser fundamentalmente confuso a nivel cuántico, pero no lo experimentamos de esa manera. Los investigadores ahora han desarrollado una receta para medir qué tan rápido la realidad objetiva que experimentamos emerge de esta confusión, fortaleciendo el argumento de que un marco inspirado en principios evolutivos puede explicar por qué surge.
En el ámbito cuántico, cada objeto –como un solo átomo– existe en una nube de estados posibles y asume un estado bien definido o “clásico” sólo después de ser medido u observado. Pero observamos objetos estrictamente clásicos libres de partes existencialmente confusas, y el mecanismo que hace que esto sea así ha desconcertado a los físicos durante mucho tiempo.
En 2000, Wojciech Zurek del Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México propuso el “darwinismo cuántico”, según el cual un proceso similar a la selección natural garantizaría que los estados de los objetos que vemos sean los más “adaptados” entre todos los muchos estados que podrían existir y, por lo tanto, se replicarían mejor a través de sus interacciones con el medio ambiente en su camino hacia un observador. Cuando dos observadores que sólo tienen acceso a fragmentos de la realidad física coinciden en algo objetivo sobre ella, es porque ambos están observando una de estas copias idénticas.
Steve Campbell, del University College Dublin y sus colegas, han demostrado que es probable que diferentes observadores coincidan en una realidad objetiva incluso si la forma en que recopilan información sobre un objeto (la forma en que lo observan) no es la más sofisticada ni la más precisa.
“Si un observador captura algún fragmento, puede elegir realizar cualquier medición que desee. Yo puedo capturar otro fragmento y puedo elegir realizar cualquier medición que desee. Entonces, ¿cómo es que surge la objetividad clásica? Ahí es donde empezamos”, dice.
Los investigadores reformularon el problema del surgimiento de la objetividad como un problema de detección cuántica. Si el hecho objetivo que tenemos entre manos es, por ejemplo, la frecuencia con la que un objeto irradia luz, entonces los observadores deben obtener información precisa sobre esa frecuencia, de forma similar a como lo haría una computadora equipada con un sensor de luz. En el mejor de los casos, esta configuración podría capturar mediciones súper precisas y llegar rápidamente a una conclusión definitiva sobre la frecuencia de la luz, un escenario cuantificado mediante una fórmula matemática llamada “información cuántica de Fisher” o QFI. En el nuevo trabajo, los investigadores utilizaron QFI como punto de referencia con el que podían comparar cómo diferentes esquemas de observación menos precisos alcanzan las mismas conclusiones precisas, dice el miembro del equipo Gabriel Landi de la Universidad de Rochester en el estado de Nueva York.
Sorprendentemente, los cálculos del equipo mostraron que para fragmentos suficientemente grandes de la realidad física, incluso los observadores que realizaban mediciones imperfectas podrían eventualmente reunir suficiente información para llegar a las mismas conclusiones sobre la objetividad que el estándar QFI ideal.
“Una medición tonta puede funcionar tan bien como una medición mucho más sofisticada”, dice Landi. “Esa es una forma de ver el surgimiento de la clasicidad: cuando los fragmentos se vuelven lo suficientemente grandes, los observadores comienzan a estar de acuerdo incluso con mediciones simples”. De esta manera, el trabajo ofrece un paso más hacia la comprensión de por qué cuando observamos nuestro mundo macroscópico coincidimos en sus propiedades físicas, como el color de una taza de café.
“El trabajo pone de relieve que no se requieren mediciones perfectas e ideales”, dice Diego Wisniacki de la Universidad de Buenos Aires en Argentina. Dice que QFI es un pilar de la teoría de la información cuántica, pero no se había introducido antes en el darwinismo cuántico, por lo que podría unir este marco cuántico aún bastante teórico con experimentos bien establecidos, por ejemplo, en dispositivos cuánticos con qubits basados en luz o superconductores.
“Este es un ‘ladrillo’ más en nuestra comprensión del darwinismo cuántico”, dice G. Massimo Palma de la Universidad de Palermo en Italia. “Y es una manera [of studying it] lo cual se acerca más a la descripción que hace un experimentalista de lo que realmente se observa en un laboratorio”.
El modelo que los investigadores utilizaron en su estudio es muy simple, por lo que, si bien su método puede abrir puertas a nuevos experimentos, se necesitarán cálculos para sistemas más complejos para sentar al darwinismo cuántico sobre bases aún más firmes, afirma. “Sería un gran avance si pudiéramos ir más allá de los simples modelos de juguetes”, afirma Palma.
Landi dice que los investigadores ya están interesados en convertir sus investigaciones teóricas en un experimento, por ejemplo, con qubits hechos de iones atrapados, donde podrían ver cómo se compara la escala de tiempo para el surgimiento de la objetividad con los tiempos específicos durante los cuales se sabe que esos qubits mantienen su cuántica.
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