¿Qué muestra exactamente el experimento de Aaron D. O'Connell?

Question

He visto una charla TED del científico Aaron D. O'Connell sobre cómo ver realmente la superposición cuántica. El enlace a la charla es :-

http://www.ted.com/talks/aaron_o_connell_making_sense_of_a_visible_quantum_object

He investigado un poco sobre el tema pero todavía no soy capaz de entender cómo funcionó su experimento. En última instancia, al medir, el estado de superposición se habría destruido. Que fue lo que hizo que el experimento tuviera éxito. Ni siquiera entendí cómo pudo concluir que todo está en dos lugares al mismo tiempo. Especialmente cuando ves la charla, él menciona que su dispositivo estaba tanto vibrando como no vibrando en el "mismo tiempo" lo que me parece un poco ambiguo. ¿Cómo se pueden tomar dos medidas diferentes al mismo tiempo?

Aquí hay una foto del "trampolín" que su equipo utilizó y que estaba en una superposición vibratoria:

Answer 1

No hay que darle mucha importancia a su afirmación de estar en dos lugares a la vez; es un montón de tonterías que utiliza para que su trabajo suene más sexy. Un objeto de tamaño humano a temperaturas habitables nunca mostrará ese comportamiento.

Su experimento en realidad utilizó miles de mediciones para determinar lo que ocurría con la palanca. Intentaré resumirlo, pero por favor, hazme saber si necesitas aclaraciones.

El dispositivo que estudian es un circuito eléctrico que conecta la palanca macroscópica de su foto con un bit cuántico (o "qubit"). A temperaturas muy bajas, tanto la palanca como el qubit son sistemas de dos estados, lo que significa que están descritos individualmente por dos estados cuánticos (por ejemplo, "no vibra" y "apenas vibra", que denotaré respectivamente $\left| 0 \right\rangle$ y $\left| 1 \right\rangle$ ). El sistema acoplado se encuentra en combinaciones de estos estados, pero los relevantes en este experimento son cuando el qubit apenas vibra y la palanca no, y viceversa. En mi notación anterior estos estados son $$ \left| 1 \right\rangle_q \left| 0 \right\rangle_l, \quad \left| 0 \right\rangle_q \left| 1 \right\rangle_l, $$ donde $q$ y $l$ para referirse al qubit y a la palanca. Después de enfriar el circuito para que la palanca y el qubit no vibren ( $\left| 0 \right\rangle_q \left| 0 \right\rangle_l$ ) dan al qubit un poco de energía para que esté en el estado de apenas vibración ( $\left| 1 \right\rangle_q \left| 0 \right\rangle_l$ ). Como el qubit y la palanca están conectados, con el tiempo la energía se mueve de uno a otro. Equivalentemente, el sistema evoluciona a un nuevo estado cuántico en el que la palanca apenas vibra y el qubit no ( $\left| 0 \right\rangle_q \left| 1 \right\rangle_l$ ). Desde el punto de vista de la mecánica cuántica, esta evolución se atribuye a que el sistema está en una superposición de los dos estados $$ a(t) \left| 1 \right\rangle_q \left| 0 \right\rangle_l + b(t)\left| 0 \right\rangle_q \left| 1 \right\rangle_l. $$ Los cuadrados de los números $a(t)$ y $b(t)$ nos indican la probabilidad de encontrar el sistema en cada uno de sus estados cuánticos en un momento determinado $t$ . Cuando $a=1$ sólo el qubit está vibrando, cuando $b=1$ sólo vibra la palanca, y cuando $a$ y $b$ son ambos distintos de cero, la palanca está "simultáneamente" vibrando y estacionada.

O'Connell y sus colaboradores fueron capaces de medir el estado del qubit con gran precisión. Prepararon el circuito de la forma que he descrito anteriormente, esperaron un tiempo y comprobaron si el qubit vibraba o no. Repitieron este proceso una y otra vez, contaron cuántas veces vibraba el qubit y luego calcularon la probabilidad de que vibrara si volvían a realizar el experimento. Para ciertos tiempos de espera encontraron que el qubit a veces vibraba y a veces no. Volviendo a mi expresión para la superposición, esto significa que $a$ y $b$ son distintos de cero, o que la palanca está en una superposición de estados estacionarios y vibratorios.