Físicos conseguem prever os saltos do gato de Schrödinger (e finalmente salvá-lo)

Por , em 23.06.2019

O gato de Schrödinger é um paradoxo famoso que ilustra o conceito de superposição – a habilidade de dois estados opostos existirem simultaneamente. Isso torna a física quântica extremamente imprevisível.

Para quem não se lembra, o paradoxo é o seguinte: um gato é colocado em uma caixa hermeticamente fechada com uma fonte radioativa e um veneno que será acionado apenas quando o primeiro átomo da substância radioativa se decompor. Quem está fora da caixa não sabe o que está acontecendo lá dentro; o gato continua vivo ou morreu? Abrir a caixa para observar o gato força o sistema a alterar seu estado aleatoriamente, resultando em um gato vivo ou morto. Portanto, consideramos que enquanto o sistema estiver isolado, o gato está vivo e morto ao mesmo tempo.

Pesquisadores da Universidade de Yale (EUA) descobriram como capturar e salvar o famoso gato de Schrödinger ao antecipar seus saltos. A descoberta permite que pesquisadores montem um sistema de alerta precoce para saltos iminentes de átomos artificiais. A pesquisa foi publicada na revista Nature no dia 3 de junho.

O experimento analisa este salto quântico pela primeira vez. Ele foi executado por Michel Devoret e proposto pelo pesquisador principal Zlatko Minev. Os resultados revelam uma descoberta surpreendente que contradiz a visão do físico dinamarquês Niels Bohr ­– saltos não são abruptos ou aleatórios como se pensava anteriormente.

Para qualquer objeto minúsculo como um elétron, uma molécula ou um átomo artificial que contém informação quântica (qubit), um salto quântico é uma transição súbita de um de seus estados de energia para outro. Nos computadores quânticos em desenvolvimento, pesquisadores precisam lidar com saltos de qubits.

Os saltos quânticos foram teorizados por Bohr há um século, mas não foram observados até a década de 1980, nos átomos. “Esses saltos acontecem toda vez que medimos um qubit. Os saltos quânticos são conhecidos por serem imprevisíveis a longo prazo”, diz Devoret.

“Mesmo assim, queríamos saber se seria possível conseguir um sinal precoce de que um salto está prestes a acontecer”, explica ele.

O experimento

Este estudo foi inspirado em uma previsão teórica do professor Howard Carmichael, da Universidade de Auckland (Austrália). Ele é um dos co-autores do estudo.

A equipe de Yale usou uma técnica especial para monitorar um átomo supercondutor artificial, com três geradores micro-onda que irradiam o átomo localizado em uma cavidade em 3D feita de alumínio. Isso permitiu que os pesquisadores observassem o átomo com eficiência não precedente.

A radiação agita o átomo artificial enquanto ele é observado, resultando em saltos quânticos. O pequeno sinal quântico desses saltos pode ser ampliado sem perda de temperatura ambiente. Assim, os sinais podem ser monitorados em tempo real.

Isso permitiu que os pesquisadores vissem uma ausência repentina de fótons de detecção, e essa pequena ausência é o sinal de que um salto quântico está prestes a acontecer.

E daí?

“O belo efeito mostrado nesse experimento é o aumento da coerência durante o salto, apesar de sua observação. Você pode balancear isso para não apenas flagrar o salto, mas também revertê-lo”, explica Devoret.

Este é um momento crucial, dizem os pesquisadores. Enquanto o salto quântico parece ser discreto e aleatório, reverter um salto significa que a evolução de um estado quântico possui uma característica não muito aleatória e determinista: o salto sempre acontece da mesma forma previsível a partir de um ponto aleatório de início.

“Os saltos quânticos são de certa forma análogos à erupção de um vulcão. Eles são completamente imprevisíveis a longo prazo. Mesmo assim, com o monitoramento correto, nós podemos detectar com quase certeza um sinal de um desastre iminente e agir sobre ele antes que ele ocorra”, compara Minev.

A descoberta é um avanço em potencial na compreensão e controle da informação quântica. Pesquisadores dizem que o gerencialmente confiável de dados quânticos e a habilidade de corrigir erros conforme eles acontecem é um desafio-chave no desenvolvimento de computadores quânticos úteis. [Universidade de Yale, Phys.org]

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