La gravedad como escultora de la incertidumbre cuántica
Imaginen que sostienen en las manos una elipse blanda de goma que describe todas las posiciones y velocidades posibles de un espejo masivo. La decoherencia gravitacional actúa como una escultora invisible: va aplastando poco a poco esa elipse y la convierte de una figura cuántica nítida en una mancha difusa. Antes no estaba claro con qué precisión se podía medir esa deformación ni qué estados cuánticos eran los más adecuados para lograrlo.
En el nuevo trabajo, los científicos estudiaron un sistema optomecánico, es decir, un dispositivo donde la luz interactúa con el movimiento mecánico de un espejo. Usaron distintos tipos de estados cuánticos de la luz como sondas: coherentes (como un haz láser ideal), térmicos (como el ruido de un cuerpo caliente) y vacíos comprimidos (donde la incertidumbre de una magnitud se reduce a costa de otra). Para cada estado calcularon la información cuántica de Fisher, una medida de con qué exactitud puede estimarse la velocidad del «aplastamiento» gravitacional.
Pero los estados comprimidos tienen una debilidad: pierden más rápido su «pureza» cuántica por culpa de ese mismo ruido gravitacional. Al cabo de 10 segundos, los estados coherentes ya empiezan a superarlos en precisión. Es como en las carreras de fondo: el velocista, el vacío comprimido, se escapa en cabeza, pero se cansa, y lo adelanta el resistente maratoniano, el estado coherente.
En el régimen estacionario, cuando el sistema alcanza el equilibrio, la elipse de incertidumbre deja de depender del estado inicial. La definen únicamente los parámetros del sistema, y la decoherencia gravitacional deja en ella su huella: la elipse se comprime y se inclina ligeramente. Estas distorsiones crecen de forma lineal con el aumento de la velocidad de decoherencia, lo que ofrece otra manera de medirla.
El trabajo aplica por primera vez todo el aparato de la metrología cuántica a la estimación de la decoherencia gravitacional en optomecánica. No es un simple ejercicio teórico: los resultados indican directamente a los experimentadores qué estados de la luz usar y en qué momento conviene realizar las mediciones para lograr la máxima precisión. Así que, si quieren pillar a la gravedad con las manos en la masa mientras aplasta la elipse cuántica, ahora ya saben con qué herramienta hacerlo.
La velocidad de decoherencia gravitacional para un espejo con una frecuencia de 1 Hz es de apenas 10⁻⁸ s⁻¹, lo que corresponde a un tiempo de decoherencia de unos 3 años. A modo de comparación, la decoherencia térmica a temperatura ambiente ocurre en milisegundos.
La idea del colapso gravitacional de la función de onda resuena con la novela «Cuarentena» de Greg Egan, donde los observadores fijan literalmente la realidad al destruir las superposiciones.