Creen estats “calents” de gat de Schrödinger

Els estats de gat de Schrödinger són un fenomen fascinant de la física quàntica en el qual un objecte quàntic existeix simultàniament en dos estats diferents. En l'experiment mental de Erwin Schrödinger, això dona lloc a un gat que està viu i mort al mateix temps. Experiments previs s'han centrat en la creació d'aquests estats refredant un objecte quàntic fins al seu estat fonamental, l'estat de menor energia possible. Normalment, les superposicions quàntiques es generen a partir d'aquest estat ben definit. Ara, investigadors dirigits per Gerhard Kirchmair i Oriol Romero-Isart han demostrat per primera vegada que és possible crear superposicions quàntiques a partir d'estats tèrmicament excitats. “Schrödinger també va assumir un gat viu, és a dir, ‘calent’, en el seu experiment mental”, assenyala Gerhard Kirchmair del Department de Física Experimental de la Universitat de Innsbruck i de l'Institut d'Òptica Quàntica i Informació Quàntica (IQOQI) de la Acadèmia Austríaca de Ciències (ÖAW). “Volíem saber si aquests efectes quàntics també poden generar-se sense partir del ‘fred’ estat fonamental”, afegeix Kirchmair.

En el seu estudi publicat en Science Advances, els investigadors van utilitzar un cúbit transmon en un ressonador de microones per a generar els estats de gat. Així van aconseguir crear superposicions quàntiques a temperatures de fins a 1.8 Kelvin, una temperatura seixanta vegades major que la temperatura ambient en la cavitat. “Els nostres resultats mostren que és possible generar estats quàntics altament mesclats amb propietats quàntiques inconfusibles”, explica Ian Yang, primer autor de l'estudi.

Els investigadors van emprar dos protocols especials per a crear els estats calents de gat de Schrödinger. Aquests protocols s'havien utilitzat prèviament per a produir estats de gat partint de l'estat fonamental del sistema. “Vam descobrir que els protocols adaptats també funcionen a temperatures més altes, generant interferències quàntiques clares”, comenta Oriol Romero-Isart, fins fa poc Professor de Física Teòrica en la Universitat de Innsbruck i líder d'un grup de recerca en el IQOQI de Innsbruck i, des de 2024, Director d’ICFO – l'Institut de Ciències Fotòniques, a Barcelona. “Això obre noves oportunitats per a la creació i l'ús de superposicions quàntiques, per exemple, en oscil·ladors nanomecànics, en els quals aconseguir l'estat fonamental pot ser tècnicament complicat”.

Els estats creats en l'experiment van ser caracteritzats mitjançant mesures de la funció de Wigner, que permet visualitzar la interferència quàntica. “Les nostres mesures confirmen que els estats exhibeixen característiques quàntiques clares malgrat l'alta temperatura”, afegeix Thomas Agrenius, qui també va participar en l'estudi.

Aquests descobriments podrien beneficiar el desenvolupament de tecnologies quàntiques. “El nostre treball demostra que és possible observar i utilitzar fenòmens quàntics fins i tot en entorns menys ideals i més càlids”, emfatitza Gerhard Kirchmair. “Si podem crear les interaccions necessàries en un sistema, la temperatura, en última instància, no importa”.

L'estudi va ser finançat pel Fons de Recerca Austríac FWF i la Unió Europea, entre altres.

Referència:

Hot Schrödinger Cat States. Ian Yang, Thomas Agrenius, Vasilisa Usova, Oriol Romero-Isart, Gerhard Kirchmair. Science Advances 2025 DOI: 10.1126/sciadv.adr4492