El gato de Schrödinger es uno de esos ejemplos que se han colado en la cultura popular para mostrar lo extraño de la física cuántica. Un animal encerrado en una caja, vivo y muerto al mismo tiempo hasta que alguien lo observe. Lo que nació como una paradoja para subrayar lo absurdo de la mecánica cuántica aplicada a lo cotidiano se ha convertido en un símbolo. Su fuerza como imagen es tan grande que casi todo el mundo, incluso sin formación científica, lo reconoce.
En un nuevo artículo subido al repositorio arXiv, un grupo de investigadores da un paso que podría cambiar la manera en que entendemos la materia: muestran cómo un tipo especial de luz, preparada en un estado cuántico semejante al del gato de Schrödinger, puede inducir superposiciones en sistemas electrónicos. Los autores lo expresan con claridad: “la irradiación con un campo de luz en estado de gato permite proyectar superposiciones macroscópicas en la materia”. Esta idea coloca a la luz en un papel activo y creativo, capaz de transferir su carácter cuántico a los electrones de un sólido.
De paradoja mental a experimento real
Cuando Erwin Schrödinger planteó su experimento mental en 1935, no buscaba una receta experimental, sino remarcar lo extraño que resultaba el formalismo cuántico. En su ejemplo, un átomo radiactivo podía desintegrarse o no, y ese azar se trasladaba a un mecanismo que decidía la vida del gato. Así, antes de observarlo, el animal se encontraba en una superposición. El objetivo de Schrödinger era poner en evidencia la dificultad de aceptar la coexistencia de estados opuestos en la vida cotidiana.
Hoy, sin embargo, el término “estado de gato” se usa de manera técnica para describir superposiciones cuánticas de gran tamaño. En el paper se indica: “un estado de gato consiste en una superposición coherente de dos estados macroscópicamente distinguibles”. Esa definición muestra cómo una metáfora se ha convertido en un concepto operativo. Ahora no hablamos de animales, sino de electrones, fotones o materiales enteros que pueden ocupar configuraciones diferentes de manera simultánea.
El avance más llamativo de este trabajo es que el estado de gato ya no se limita a sistemas de luz o de pocos átomos, sino que se traslada a sólidos con muchos electrones. El reto es enorme porque en sistemas grandes suele aparecer la decoherencia, un proceso que destruye las superposiciones y devuelve al sistema a un estado clásico.
La luz como transmisora de lo cuántico
La idea central del artículo es que la luz no solo ilumina ni excita, sino que puede transmitir sus propiedades cuánticas a la materia. Para ello, los investigadores utilizan un tipo de campo luminoso en superposición, conocido como “estado de gato de Schrödinger de la luz”. Ese campo es capaz de proyectar su carácter dual sobre los electrones de un material.
Los autores explican que “la proyección de superposiciones de luz en sistemas de electrones permite preparar estados que no son accesibles con irradiación clásica”. En otras palabras, la luz clásica, como la de un láser común, nunca conseguiría este efecto. Solo la luz en estado cuántico especial puede inducir a los electrones a comportarse de manera no convencional.
Este mecanismo abre un escenario totalmente nuevo. Hasta ahora, la óptica cuántica se había centrado en controlar los fotones, mientras que la física de la materia condensada estudiaba los electrones y sus fases. Este trabajo actúa como un puente entre ambos campos, mostrando que la luz cuántica puede convertirse en una herramienta para fabricar materia en estados imposibles de lograr por otros medios.
La frontera de lo macroscópico
La dificultad de llevar superposiciones al terreno macroscópico es bien conocida. En sistemas grandes, la interacción con el entorno destruye la coherencia rápidamente. Por eso, la propuesta de transferir estados de gato de la luz a los electrones resulta tan audaz.
Los investigadores señalan que la clave está en que la luz ya contiene la superposición. Así, al interactuar con el material, esa condición cuántica se proyecta directamente en el sistema electrónico. El resultado es un estado que, en principio, debería conservarse el tiempo suficiente como para ser medido. Según el artículo, “la irradiación con estados de gato ofrece una vía para preparar superposiciones electrónicas robustas en sólidos”.
Este aspecto es crucial porque sugiere que no hablamos de un fenómeno efímero o meramente teórico. Con la tecnología actual, podría observarse en experimentos reales. Y de confirmarse, supondría un salto en la capacidad de manipular sistemas con muchos grados de libertad en régimen cuántico.
Posibles aplicaciones
Más allá del logro conceptual, este tipo de control tiene implicaciones prácticas. En el ámbito de la computación cuántica, los estados de gato ya se utilizan para codificar información de forma redundante, lo que ayuda a corregir errores. Si se consigue inducir gatos electrónicos en sólidos, podría abrirse un camino hacia nuevos tipos de qubits más estables y resistentes al ruido.
El artículo sugiere también que la proyección de superposiciones podría utilizarse para diseñar fases electrónicas novedosas. Esto significa que no se trataría solo de reproducir efectos conocidos, sino de crear nuevos estados de la materia inducidos por la luz. Este tipo de materia exótica sería imposible de alcanzar sin el ingrediente cuántico del campo luminoso.
Otro punto a destacar es que, dado que la luz puede sintonizarse en frecuencia, intensidad y polarización, ofrece un control muy versátil. Eso permitiría explorar un amplio abanico de configuraciones y materiales. En la práctica, se trataría de una nueva forma de “ingeniería cuántica de materiales”.
Hacia una nueva era de experimentación
El trabajo no se limita a proponer una idea abstracta. Describe con detalle escenarios concretos en los que podría verificarse el fenómeno, incluyendo materiales y parámetros experimentales que están al alcance de laboratorios avanzados. Los autores subrayan que “nuestro esquema es directamente accesible con la tecnología actual de óptica cuántica y sistemas electrónicos”.
Esa accesibilidad lo convierte en un resultado impactante. No se trata de esperar décadas, sino de que en los próximos años podríamos ver demostraciones experimentales de gatos cuánticos electrónicos. Esto marcaría un antes y un después en la relación entre luz y materia.
El artículo también apunta a la posibilidad de extender esta estrategia a otros sistemas cuánticos, como vibraciones en sólidos o modos colectivos más complejos. La idea general es clara: usar la luz cuántica como catalizador de fenómenos que hasta ahora estaban fuera de nuestro alcance.
Referencias
- A. R. Kuzmak, M. Schüler, M. Kiffner, D. Jaksch. Schrödinger-cat light induces Schrödinger-cat electronic states in solids. arXiv (2024). doi: 10.48550/arXiv.2404.07272.
