Los físicos meten al gato de Schrödinger en un cubo de Rubik — un puzzle con infinitas soluciones

El cubo de Rubik sigue siendo uno de los rompecabezas más populares del mundo y parece que los esfuerzos de los físicos de la Universidad de Colorado en Boulder están adquiriendo una nueva dimensión.

Los científicos han creado versión cuántica del popular rompecabezas sustituyendo los cuadrados clásicos por partículas cuánticas. Mientras que el Cubo de Rubik clásico tiene unos 43 quintillones de variaciones posibles para resolverlo, el Cubo de Rubik cuántico ofrece un número ilimitado de opciones. Esto se consigue gracias a que las partículas cuánticas individuales pueden entrar en un estado de superposición, en el que se mueven y no se mueven al mismo tiempo.

Los desarrolladores probaron su idea en un cubo consistente en un cuboide con sólo dos caras de alto y ancho y una sola cara de profundidad. El rompecabezas requiere colocar dos fichas verdes sobre dos azules. Todas las piezas del mismo color son indistinguibles entre sí, pero las piezas de colores diferentes pueden distinguirse. El puzzle clásico permite 6 variaciones de permutaciones horizontales y verticales. En el Cubo de Rubik cuántico, el número de variaciones se ha reducido a dos.

Los científicos utilizaron tres tipos distintos de jugadores virtuales para resolver un rompecabezas de 2.000 piezas. El solucionador clásico solo podía intercambiar dos fragmentos vecinos. Solucionador cuántico sólo podía introducir pares de fragmentos enredados en el estado de superposición. Sin embargo, la combinación de un solucionador clásico con un solucionador cuántico le permitía realizar siempre cualquier acción.

Así, el solucionador combinado resolvió el puzzle en una media de 4,77 movimientos. El solucionador cuántico tardó 5,32 movimientos, y el solucionador clásico — 5,88. Hay 2 maneras de resolver este rompecabezas. La primera — implica medir el estado de la partícula y comprobar si se ha movido o no. Esto destruye el estado de superposición y convierte la partícula en un análogo de una cara regular del cubo de Rubik.

Al mismo tiempo dados cuánticos Un cubo de Rubik puede estar formado por partículas idénticas, como los fermiones. Esto hará que cualquier movimiento mantenga el puzzle en el estado de energía más bajo. El espacio de estados es el conjunto de todas las configuraciones posibles del sistema. Dado que el espacio de estados y el conjunto de acciones son finitos, esta versión del rompecabezas puede compararse a los clásicos rompecabezas de permutación, aunque con una geometría muy extraña.

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Los resultados del estudio se publicaron en la revista Physical Review A

Fuente: ScienceAlert