O estranho comportamento das partículas de luz é mostrado na famosa experiência de pensamento do Gato de Schrödinger, que destina-se a revelar a natureza peculiar de partículas subatômicas, pode ficar ainda mais estranho do que físicos pensavam.
“Gato” de Schrödinger pode estar em duas caixas de uma só vez, revela uma nova pesquisa usando partículas de luz. Crédito: Yvonne Gao, da Universidade de Yale
O gato quântico não só pode estar vivo e morto ao mesmo tempo – mas ele também pode estar em dois lugares ao mesmo tempo, mostra uma nova pesquisa.
“Estamos mostrando uma analogia com o gato de Schrödinger que é feita a partir de um campo electromagnético que está confinado em duas cavidades”, disse o autor do estudo Chen Wang, físico da Universidade de Yale. “O interessante aqui é que o gato está em duas caixas de uma vez.”
As descobertas podem ter implicações para resolver prolemas matemáticos insolúveis usando a computação quântica, que depende da capacidade das partículas subatômicas estarem em vários estados ao mesmo tempo, disse Wang.
O experimento do gato
Um famoso paradoxo foi criado pelo físico Erwin Schrödinger em 1935 para elucidar a noção de superposição quântica, o fenômeno no qual minúsculas partículas subatômicas podem estar em vários estados ao mesmo tempo.
No paradoxo, um gato está preso em uma caixa com um átomo radioativo mortal. Se o átomo radioativo decair, o gato morre, mas se ele ainda não tiver sido deteriorado, o gato ainda estará vivo. Porque, de acordo com a interpretação dominante da mecânica quântica, as partículas podem existir em múltiplos estados até serem medidos, a lógica dita que o gato estaria vivo e morto ao mesmo tempo até que o átomo radioativo ser medido.
Gato em duas caixas
A configuração para o novo estudo é aparentemente simples: a equipe criou duas cavidades de alumínio com cerca de 1 polegada (2,5 cm) de diâmetro, e depois usou um chip de safira para produzir uma onda estacionária de luz nessas cavidades. Eles usaram um elemento eletrônico especial, chamado de Josephson Junction, para sobrepor uma onda estacionária de dois comprimentos de onda separados em cada cavidade. O resultado final foi que o gato, ou o grupo de cerca de 80 fótons nas cavidades, ficou oscilando em dois comprimentos de onda diferentes de uma só vez – em dois lugares diferentes. Para descobrir se o gato está vivo ou morto, por assim dizer, é preciso abrir as duas caixas.
O famoso gato de Schrodinger pode estar em duas caixas de uma vez, vivo e morto ao mesmo tempo. Este gato só pode ser observado na sua totalidade através da abertura em ambas as caixas, mas não em uma das caixas. Crédito: Yvonne Gao, da Universidade de Yale
Apesar da conceptualmente simples, a configuração física requeriu alumínio ultrapuro, fritas altamente precisas e dispositivos electromagnéticos para assegurar que os fótons fossem mais isolados possíveis do ambiente, disse Wang.
Isso porque em grandes escalas, a superposição quântica tende a desaparecerem quase instantaneamente, assim que estas partículas subatômicas sobrepostas cujos destinos estão ligados interagem com o ambiente. Na maioria das vezes, a assim chamado de coerência pode acontecer tão rapidamente que os pesquisadores não teriam tempo para observar a superposição, disse Wang. Assim, os dispositivos que mantém coerência (ou mantém as partículas em sobreposição) durante longos períodos de tempo são extremamente importantes, acrescentou Wang.
“A qualidade destas coisas determina – uma vez que você usa um um único sistema excitado – quanto o gato ficaria vivo ou morto”, disse Wang.
Se a excitação do sistema – a produção da onda estacionária eletromagnética – é semelhante ao balanço de um pêndulo, em seguida, “o nosso pêndulo oscila essencialmente dezenas de bilhões de vezes antes de parar.”
As novas descobertas poderiam facilitar a correção de erros na computação quântica, disse Wang. Em computação quântica, os bits de informação são codificados nos estados de superposição frágeis de partículas, e uma vez que a superposição for perdida ou danificada, os dados também são corrompidos. Assim, a maioria dos conceitos de computação quântica envolvem muita redundância.
“É bem entendido que 99 por cento da computação ou mais será usado para corrigir os erros, em vez computação em si”, disse Wang.
O seu sistema pode conseguir contornar este problema, que codifica a redundância no tamanho da cavidade, em vez de calcular os bits quânticos, disse Wang.
“Demonstrar este gato em um estado de duas caixas ‘é basicamente o primeiro passo na nossa arquitetura “, disse Wang.
Traduzido de adaptato de LiveScience