El mundo microscópico de la física cuántica y el macroscópico de la física clásica están separados por una barrera fascinante,
la transición cuántico-clásica.
¿Existe el mundo mesoscópico o esta transición es brusca?
Si se permite que cambie cierta propiedad de un sistema cuántico,
¿cuándo el cambio en dicha propiedad provoca que el sistema deje de ser cuántico y pase a ser clásico?
Y lo mismo al revés.
Tomemos un ejemplo, la masa.
Richard Feynman especuló en 1962 en un curso de gravitación sobre
la posibilidad de que la transición entre el mundo clásico y el mundo cuántico estuviera mediada por la masa total del sistema.
Un objeto cuántico de masa creciente acabaría transformado
en un objeto clásico.
Según Feynman, una solución natural a la paradoja del gato de Schrödinger.
¿Cuál es la masa crítica en la que se produciría esta transición?
Feynman especuló que podría ser la masa de Planck, la única masa que se puede escribir utilizando la constante de gravitación de Newton,
la velocidad de la luz y la constante de Planck (unos 0’01 miligramos).
¿Existen sistemas cuánticos con un masa total mayor de 0’01 miligramos?
¿Se puede estudiar mediante experimentos la transición entre lo cuántico y lo clásico conforme la masa crece en un sistema concreto?
“Quantum mechanics: A light sounding drum,” Nature 471: 168–169, 10 March 2011, se ha dado un primer paso importante en este sentido en el artículo de J. D. Teufel et al., “Circuit cavity electromechanics in the strong-coupling regime,” Nature 471: 204–208, 10 March 2011.
Teufel et al. han desarrollado un “tambor” (oscilador mecánico)
circular de 15 micrómetros de diámetro y 100 nanómetros de grosor que vibra a 11 MHz (millones de ciclos por segundo).
El tambor circular tiene un doble propósito, sirve como oscilador mecánico
y como oscilador electromagnético (un circuito RLC).
El tambor actúa como una capacitancia eléctrico de placas paralelas (separadas por espacio vacío) y está conectado a una inductancia
(un circuito cerrado en forma de espiral cuadrada).
La figura que abre esta entrada ilustra el circuito (la resistencia es debida a la propia del material que constituye estos elementos).
Este oscilador electromagnético RLC puede oscilar a una frecuencia de 7 GHz (miles de millones de ciclos por segundo).
Gracias a este comportamiento dual del sistema, como oscilador mecánico
y como oscilador eléctrico, se produce un acoplamiento fuerte entre ambas oscilaciones; de hecho, no se observa diferencia alguna entre ambos osciladores, que actúan como un sistema híbrido electromecánico.
En implementaciones previas de esta idea por parte de otros autores
se usaron dos osciladores separados e independientes que sólo se pudieron acoplar de forma débil debido a su diferente naturaleza.
Para observar las propiedades cuánticas de este sistema electromecánico híbrido hay que enfriarlo a temperaturas muy próximas al cero absoluto
para que el sistema vibre en su estado fundamental y/o se pueda observar
la superposición cuántica de sus primeros estados de vibración
(el fundamental y el siguiente).
Aún no se ha logrado.
Además para observar este comportamiento cuántico sería necesario acoplar este sistema híbrido a un qubit superconductor que permitiera medir
sus propiedades cuánticas mediante entrelazamiento mutuo.
¿Qué han logrado Teufel et al. para merecer una publicación
en la prestigiosa Nature?
Han podido enfriar su sistema híbrido sólo a unas centésimas de Kelvin y han podido observar propiedades clásicas de este sistema que muestran el acoplamiento fuerte entre ambos modos de oscilación (eléctrico y mecánico) de este sistema mesoscópico cuya masa (una décima de billonésima de kilograma) es aún muy pequeña para considerar la posibilidad de realizar el experimento propuesto por Feynman.
Sin embargo, Miles Blencowe sueña con que algún día este concepto experimental permita explorar la transición entre lo cuántico y lo clásico.
Habrá que estar atentos en los próximos años a los progresos experimentales en esta interesante línea de investigación.
Nature
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