La superposición cuántica, al igual que el entrelazamiento cuántico, son fenómenos fundamentales que nutren a la mecánica cuántica y son propiedades típicas de partículas de carácter microscópico.
Superposición cuántica es una expresión propia del ámbito de la mecánica cuántica. Se trata de un concepto que alude a la capacidad que exhibe un sistema cuántico para, hasta el momento de efectuar una medición, evidenciar diversos estados en simultáneo.
Expresado de otro modo, la superposición cuántica describe una combinación de carácter lineal de al menos un par de vectores, dando cuenta de la convivencia sincrónica de dos valores o más de una determinada cantidad observable (como lo pueden ser el nivel de la energía y la posición propia de una partícula cuántica en particular). Se han efectuado diversos experimentos, utilizando moléculas y átomos, para comprobar y apreciar las particularidades de la superposición cuántica.
Según se ha detectado, un fotón o electrón puede llegar a una simultaneidad de estados, a diferencia de la limitación de un único estado por vez, algo propio de la física clásica. Los neutrinos, por su parte, pueden presentar a raíz de la superposición cuántica tres estados distintos de masa.
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ResumenPropiedades de la superposición cuántica
La superposición cuántica, según se determina al analizar sus características y aplicaciones, es una propiedad exclusiva de sistemas cuánticos. Se identifica, tal como señalamos líneas arriba, por la experimentación de distintos estados en un mismo momento. De este modo, se registran partículas que tienen, paralelamente, más de un estado.
Este fenómeno de gran importancia para la mecánica cuántica resulta clave para, por ejemplo, la interferencia cuántica. También es fundamental para la computación cuántica y sirve de plataforma para tecnologías cuánticas emergentes. Vale la pena resaltar que, si bien se ha avanzado bastante en materia de superposición cuántica relacionada a la computación cuántica, hay por delante diferentes desafíos por superar. Por el momento no abundan los ingenieros e investigadores calificados para resolver limitaciones y problemáticas de los desarrollos cuánticos, de ahí que se complique arribar a soluciones precisas o a hallazgos revolucionarios para corregir, por ejemplo, errores cuánticos o conseguir resultados confiables.
Gracias a la superposición cuántica, resaltan los especialistas que la han estudiado, un ordenador cuántico consigue procesar mucha información en simultáneo. Y el qubit, en tanto, puede exhibir, con múltiples probabilidades, una combinación que contemple tanto el 0 como el 1.
Dada la esencia de la superposición cuántica (considerada, a la vez, una propiedad típica de funciones de onda), con ella se desafía la idea de aquello que se interpreta como real.
Un electrón, por superposición cuántica, puede evidenciar varios estados en simultáneo hasta que es medido.
Ejemplos y aplicaciones
Una gran cantidad de ejemplos y aplicaciones sirven para comprender mejor qué y cómo es la superposición cuántica.
El experimento mental conocido como gato de Schrödinger, por plantear una cuestión específica a modo de referencia, es ideal para ilustrar la superposición cuántica. En esta paradoja se hace hincapié en la posibilidad de que un gato pueda estar, al mismo tiempo, vivo y fallecido.
Como los fotones pueden llegar a alcanzar simultáneamente varios estados de polarización, la superposición cuántica adquiere un papel esencial en la espectroscopía. También ha servido para testear o verificar la gravedad cuántica.
En el experimento de la doble rendija, provechoso para entender el principio ondulatorio de la luz, queda al descubierto el espíritu de la superposición cuántica porque, de manera simultánea, una partícula – capaz de evidenciar un comportamiento de onda y de partícula a la vez – atraviesa un par de rendijas. Esta prueba demuestra en qué consiste la dualidad onda-partícula.
A la hora de encriptar datos, por sumar otra realidad, aquellos que se dedican a la criptografía cuántica se valen de las bondades de la superposición cuántica.
En la computación cuántica adquiere una enorme relevancia la superposición cuántica, un fenómeno basado en la multiplicidad simultánea de estados alcanzada por un sistema cuántico.
Ventajas de la superposición cuántica
Al reunir datos de interés sobre las particularidades, alcances y ventajas de la superposición cuántica se descubre el gran abanico de opciones que se abre en torno a ella.
Además de funcionar en las computadoras cuánticas como cimiento de la potencia de cómputo, la superposición cuántica se toma en consideración en varias disciplinas y áreas de estudio por los beneficios que ofrece.
Se ha comprobado que este fenómeno contribuye tanto a la capacidad de almacenamiento como al procesamiento del lenguaje natural. Asimismo, en el algoritmo de Shor se lo tiene en cuenta para la factorización de números grandes.
En medicina y ciencia de los materiales, por ejemplo, con la superposición cuántica se modela el comportamiento de partículas cuánticas, así como en biología y química se la aprovecha como recurso para la obtención de estructuras complejas de carácter esencial y patrones estables de enlace.
El almacenamiento de información y la realización de cálculos en simultáneo son otras de las acciones que se simplifican gracias a la superposición cuántica.
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