“Gatinhos de Schrödinger” feitos em laboratório a partir de fótons

Por , em 30.07.2013

Erwin Schrödinger inventou o famoso experimento de pensamento sobre um gato que está vivo e morto ao mesmo tempo para demonstrar o absurdo da aplicação da física quântica em objetos comuns. Agora, duas equipes fizeram a coisa mais próxima de um gato de Schrödinger em laboratório, ligando centenas de milhões de fótons através da estranha propriedade quântica do entrelaçamento.

“Não é o entrelaçamento de algo tão grande como um gato, mas é pelo menos um gatinho”, diz Seth Lloyd, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, um físico quântico que não estava envolvido no trabalho.

Os resultados, que foram apresentados em 23 de julho, na Segunda Conferência Internacional sobre Tecnologia Quântica, em Moscou, Rússia, sugerem que as regras da física quântica podem se estender para objetos muito maiores do que pensávamos – e isso pode render usos práticos no dia a dia.

Sabemos que as propriedades quânticas, como o entrelaçamento (a ligação dos estados de dois objetos) e a superposição (a capacidade de algo para estar em dois estados ao mesmo tempo) descrevem o comportamento de objetos muito pequenos, porém nossa experiência nos diz que essas propriedades não se aplicam a objetos grandes. O experimento mental de Schrödinger enfatiza essa discrepância.

Se um gato está em uma caixa com um átomo radioativo que pode decair e desencadear a libertação de um veneno de um frasco, isso significa que o estado do gato e o estado do átomo estão entrelaçados: se o átomo radioativo decai, o gato morre. Entretanto, de acordo com a física quântica, o átomo, um objeto quântico, pode estar em uma superposição de estados, tendo decaído ou não, ao mesmo tempo. E isso significa que o gato também está tanto vivo quanto morto – embora no mundo real isso pareça absurdo.

Essa aparente falta de gatos – e outros objetos grandes – em tal estado de superposição no mundo real levou os físicos a se perguntarem onde exatamente o mundo quântico acaba e por quê. “Existe uma fronteira entre micro e macro, ou será que a física quântica se aplica em todas as escalas?”, questiona Alexander Lvovsky, que trabalha na Universidade de Calgary, em Alberta, no Canadá, e no Centro Quântico Russo, em Moscou, onde a conferência foi organizada.

Experimentos anteriores tiveram como objetivo responder a esta pergunta, explorando objetos cada vez maiores para que eles exibissem propriedades quânticas. Por exemplo, dois diamantes de 3 milímetros foram entrelaçados e um cilindro do tamanho de um grão de areia foi observado obedecendo o princípio da incerteza, que diz que não é possível determinar simultaneamente a posição exata de uma partícula quântica e seu momentum.

Lvovsky e seus colegas queriam imitar o cenário gato de Schrödinger mais fielmente. Eles usaram um espelho semitransparente para colocar um único fóton em uma mistura de dois estados quânticos – que representa a passagem do fóton através do espelho, e a outra correspondente à reflexão. Eles, então, entrelaçaram os dois estados.

Em seguida, a equipe usou lasers para amplificar um dos estados, de modo que o único fóton se espalhou e se transformou em centenas de milhões de fótons. Este raio era grande o suficiente para ser visto por seres humanos, em tese, embora a frequência da luz não estivesse na faixa visível para nós.

Eles, então, restauraram a luz ao seu estado de apenas um fóton de origem. As medições feitas pelos cientistas confirmaram que o entrelaçamento tinha permanecido durante todo o experimento – mesmo que um dos estados tenha feito parte de um sistema macroscópico no meio da experiência.

Segundo os pesquisadores, isso representa o primeiro entrelaçamento entre um objeto microscópico e outro macroscópico. Assim como o átomo, no experimento mental de Schrödinger, está relacionado com o gato, no experimento de Lvovsky, o estado de um único fóton está ligado ao estado de centenas de milhões de outros fótons.

“Nossa grande descoberta foi que, até agora, os cientistas só tinham sido capazes de construir esses estados de superposição contendo apenas alguns fótons, e nós fomos capazes de fazê-lo com 160 milhões de fótons”, explica Lvovsky.

Enquanto isso, Nicolas Gisin e seus colegas da Universidade de Genebra, na Suíça, possuem resultados semelhantes, mas com um experimento ligeiramente diferente.

Seth Lloyd sugere que o entrelaçamento entre micro e macro pode ser utilizado para aumentar consideravelmente a precisão dos interferômetros – dispositivos que usam o entrelaçamento para medir pequenas diferenças de comprimento.

Ambas as equipes afirmam que ainda estão longe de reproduzir o experimento com um gato real. De qualquer forma, Lvovsky aponta, mesmo que a ciência avance muito nessa questão, nós provavelmente nunca veremos o experimento original envolvendo um gato: “Seria desumano com o gatinho”, finaliza Lvovsky. [New Scientist]

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