Cuantificando la cuántica: ¿cuál es el sistema más y menos cuántico?

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Cuantificando la cuántica: ¿cuál es el sistema más y menos cuántico?

Sabemos que los objetos grandes, como pelotas de béisbol o planetas, se comportan de acuerdo a las leyes de la mecánica clásica formuladas por Newton. Por otro lado, los pequeños, como los átomos y las partículas subatómicas, se rigen por la mecánica cuántica, donde todo sucede de forma contraintuitiva.

¿Pero cuál es el límite? ¿Cómo sabemos qué mecánica tiene más influencia sobre un objeto? Ahora, un equipo de físicos ha encontrado la manera de definir matemáticamente el grado de cuántica de cualquier cosa. El resultado sugiere que podemos caracterizar la cuántica y conocer si un objeto es “más cuántico” que otro.

El estudio, dirigido por el físico Aaron Goldberg de la Universidad de Toronto en Canadá, fue publicado en AVS Quantum Science.

Grado de cuántica

Los científicos llevan pensando por décadas en el extraño comportamiento que tienen los sistemas. Unos pueden definirse de forma clásica, mientras que otros están sujetos a las leyes cuánticas. Sin embargo, «de acuerdo con la mecánica cuántica, todo es mecánico cuántico», explicó Goldberg.

En otras palabras, los objetos clásicos como bolas de billar, son también sistemas cuánticos, pero en secreto. Existe una probabilidad infinitesimalmente pequeña de que, digamos, esas bolas atraviesen el costado de una mesa de billar.

De esta manera, se desprende la idea de que no hay un límite entre lo cuántico y lo clásico, solo objetos que son “más cuánticos” que otros. A esto lo podemos llamar “grado de cuántica”. De hecho, podríamos imaginar a la clásica y la cuántica como dos extremos de un espectro continuo.

El más o menos cuántico

Anteriormente, otros esfuerzos han surgido para intentar cuantificar la cuántica, pero se centraron en sistemas cuánticos muy específicos. En ese sentido, el equipo de Goldberg buscó generalizar esto llamándolo “grado de cuántica”. Su objetivo era definir los extremos: el más clásico y el más cuántico.

¿Pero qué significa que algo sea “el más cuántico”? Pieter Kok, de la Universidad de Sheffield, que no participó del estudio, tuvo una idea muy interesante.

Tomó uno de los sistemas físicos más básicos: el oscilador armónico simple, el cual consiste en una bola en un extremo de un resorte que se mueve hacia atrás y adelante. Aquí podemos considerar dos escenarios. El primero es que una partícula sería en extremo clásica si se comportara como este sistema, con una posición definida en función al tiempo. Sin embargo, la partícula sería en extremo cuántica si no tuviera una posición bien definida y se encontrara a lo largo de la trayectoria del resorte.

Esta es la manera en la que podemos aproximarnos a los extremos e identificar qué tan cuántico es un sistema cuántico. Para Kok, saber que existe un límite fundamental en el que un sistema actúa de la forma más cuántica posible es como saber que existe la velocidad de la luz.

Para Goldberg, las aplicaciones más evidentes deberían provenir de la metrología cuántica, donde los ingenieros intentan medir constantes físicas y otras propiedades con extrema precisión. Los detectores de ondas gravitacionales, por ejemplo, deben poder medir la distancia entre dos espejos en más de una décima parte del tamaño de un núcleo atómico. Usando los principios del equipo, los físicos podrían mejorar esta impresionante hazaña.

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