Superposição quântica: novo experimento mostra que pode ser observável a olho nu
Erwin Schrödinger, um físico alemão, propôs em 1935 um experimento mental que ficou conhecido como “o gato de Schrödinger”. Coloque um gato em uma caixa, junto com um gás venenoso, um martelo ligado a um contador geiger e uma amostra de metal radioativo que emita partículas alfa ao decair. Quando o metal radioativo emitir uma partícula alfa, o detector disparará, fazendo com que o martelo quebre o vidro de veneno, matando o gato.
A superposição Quântica
O decaimento radioativo é um processo da mecânica quântica, o que significa que ele acontece aleatoriamente, imprevisivelmente. Segundo a mecânica quântica, é impossível saber se o decaimento radioativo aconteceu ou não sem que seja feita uma medição; ou seja, a menos que a partícula alfa tenha interagido com o ambiente de uma forma que possa ser observada.
Até que isto aconteça, a partícula alfa está em um estado de superposição, possivelmente emitida e não emitida ao mesmo tempo. Da mesma forma, o gato compartilha o estado de superposição da partícula alfa, e está ao mesmo tempo vivo e morto. Ao abrir a caixa, o estado é medido e a partícula passa a um dos estados, bem como o gato passa ao estado correspondente.
Em dois estudos publicados em julho no periódico Nature Physics, pesquisadores usaram fótons para testar os limites da superposição. Se não houver um limite na quantidade de partículas ou fótons que podem ser colocadas em um sistema quântico, isto significa que o gato está realmente vivo e morto ao mesmo tempo, e a ação de medir seu estado faz com que a função matemática que o descreve (a função de onda) “colapse” em um estado definido, vivo ou morto.
Emaranhando fótons
Nos dois experimentos, um na Universidade de Calgary, Canadá, e o outro na Universidade de Genebra, Suíça, foram usados fótons em quantidade suficiente para serem percebidos a olho nu, mostrando suas propriedades quânticas macroscopicamente.
Também nos dois experimentos o estado quântico de várias propriedades, como polarização e fase, foi medido. A técnica usada foi um pouco diferente de um experimento para outro, mas as duas equipes amplificaram o estado quântico de um fóton, entrelaçando-o com muitos outros fótons, e fazendo o sistema regredir ao estado de um só fóton em superposição.
As medições da polarização depois de restaurado o estado original mostraram que o entrelaçamento quântico realmente aconteceu. O próximo passo é descobrir o limite máximo para o tamanho de um sistema quântico antes dele perder sua natureza quântica.
Segundo o professor Lvovsky, orientador da equipe de Calgary, a finalidade de Schrödinger ao propor o experimento era demonstrar o quão absurdas as proposições da física quântica se tornavam ao ser aplicadas a objetos macroscópicos, mas o novo experimento mostra que é possível passar o estado de superposição quântica de um simples fóton para um grupo de centenas de milhões de fótons.
Os dois grupos tentarão expandir as experiências para sistemas maiores, nos quais em vez de traduzir o estado quântico de um fóton para um grande número de fótons, eles farão a translação dos estados de um grupo enorme de fótons para outro grupo enorme.
Este será um experimento difícil, uma vez que para preservar os efeitos quânticos, grupos de átomos devem ser completamente isolados do ambiente, ou os estados de superposição serão deteriorados. [LiveScience, PhysOrg, Nature Physics – 2]
