Hacia la superposición cuántica en organismos vivos.

Investigadores del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (Alemania) proponen hacer lo que Schrödinger imaginó pero no pudo: poner un organismo vivo en un estado de superposición cuántica. La propuesta, encabezada por Oriol Romero-Isart, ha sido publicada en arXiv.

Uno de los experimentos más famosos de la ciencia jamás ha sido realizado: el gato de Schrödinger. En 1935 Erwin Schrödinger, uno de los pioneros de la mecánica cuántica, imaginó lo siguiente: en una caja sellada se colocan un gato, un tarro de ácido prúsico (cianuro de hidrógeno), un átomo radioactivo, un contador Geiger, un relé eléctrico y un martillo. Si el átomo se desintegra, el contador Geiger detecta la radiación resultante y manda una señal que dispara el relé, que suelta el martillo, que rompe el frasco, con lo que el gato muere envenenado.

La clave del experimento está en que el proceso de desintegración del átomo es un proceso cuántico. La probabilidad de que el átomo se desintegre en un período determinado es conocida. Lo que no podemos es saber si se ha desintegrado en un momento dado y, por lo tanto, si el gato está vivo o muerto en ese momento; al menos hasta que se abra la caja. El animal existe en una “superposición” en la que está tanto vivo como muerto al mismo tiempo.

La intención de Schrödinger era esclarecer las paradojas del mundo cuántico. Pero la superposición (el hecho de que una cosa esté en dos o más estados cuánticos simultáneamente) existe realmente y es, por ejemplo, la base de la computación cuántica.

El organismo que el equipo de Romero-Isart tiene en mente es el virus de la gripe. Habrá algún pedante que podría objetar que los virus no están realmente vivos, pero esa sería una argumentación más filosófica que científica, ya que tienen genes y son capaces de reproducirse, una capacidad que pierden si son dañados. La razón para escoger un virus es que es pequeño. La superposición de verdad (a diferencia de la del gato en la caja) es más fácil con objetos pequeños, ya que hay menos vías por las que puede romperse la superposición. Los físicos ya han puesto fotones, electrones, átomos e incluso moléculas enteras en este estado y medido el resultado. Desde la perspectiva de los investigadores un virus no sería otra cosa que una molécula particularmente grande, por lo que podrían usarse las técnicas existentes con éxito.

Aparte del tamaño, la otra cosa que ayuda a mantener la superposición es una temperatura muy baja. Cuanto menos se mueva y vibre algo debido a la temperatura (que es una medida del nivel de energía del sistema), más tiempo puede permanecer en superposición. Romero-Isart et al. proponen por tanto poner el virus dentro de una cavidad microscópica y enfriarlo hasta su estado de menor energía (su estado fundamental) usando un dispositivo llamado trampa láser. Esta ingeniosa técnica (que supuso el Nobel para sus inventores, entre ellos Steven Chu, actual secretario de energía de los Estados Unidos) funciona bombardeando un objeto con luz láser a una frecuencia justo por debajo de la que absorbería y reemitiría si estuviera estacionario. Esto ralentiza el movimiento, y por consiguiente la temperatura, de sus átomos hasta una fracción de grado por encima del cero absoluto.

Una vez que eso esté hecho, otro pulso láser empujará el virus de su estado fundamental a un estado excitado, de la misma forma en que un sólo átomo se excita moviendo uno de sus electrones de un orbital más bajo a otro más alto energéticamente. La clave del experimento está en la aplicación de este pulso láser, si se hace adecuadamente dejaría el virus, según los autores del artículo, en una superposición de sus estados fundamental y excitado.

Para poder llevar a cabo el experimento el virus elegido debe reunir ciertas características físicas. Deberá ser un aislante y transparente a la luz láser que deberá aplicarse. Y además debe ser capaz de sobrevivir en el vacío. Esos virus existen. El virus de la gripe es un ejemplo. Su resistencia es legendaria, puede sobrevivir a la exposición al vacío, y parece ser que es aislante, razones por las que los investigadores lo han escogido. Si el experimento funciona con un virus, esperan reproducirlo con algo que, indiscutiblemente, está vivo: un tardígrado.

Los tardígrados son poliextremófilos y son capaces de sobrevivir en entornos extremos que matarían a cualquier otro animal. Algunos pueden sobrevivir a temperaturas a décimas del cero absoluto, a temperaturas tan altas como 151ºC, a 1.000 veces más radiación que un humano, a cerca de un año sin agua e incluso al vacío del espacio.

A Schrödinger seguramente le habría hecho mucha gracia saber hasta qué extremos llegaría su jeu d’esprit.

[Imagen: Schrödinger’s Cat por Jie Qi]

Referencia:

Oriol Romero-Isart, Mathieu L. Juan, Romain Quidant, & J. Ignacio Cirac (2009). Towards Quantum Superposition of Living Organisms n/a arXiv: 0909.1469v2