Físicos descobriram uma forma de salvar o gato de Schrödinger

Investigadores da Universidade de Yale, nos EUA, descobriram como capturar o famoso gato de Schrödinger, um símbolo de sobreposição quântica, antecipando os seus saltos e agindo em tempo real para “salvá-lo”.

A descoberta, que anula anos de dogma fundamental na física quântica, permite que os invetsigadores criem um sistema de alerta antecipado para saltos iminentes de átomos artificiais que contêm informações quânticas. Um estudo que anuncia a descoberta foi publicado na edição online da revista Nature.

O gato de Schrödinger é um paradoxo bem conhecido que é usado para ilustrar o conceito de superposição, a capacidade de existir dois estados opostos simultaneamente, e a imprevisibilidade da física quântica. A ideia é que um gato seja colocado numa caixa selada com uma fonte radioativa e um veneno que será ativado se um átomo da substância radioativa se desintegrar.

A teoria da superposição da física quântica sugere que, até que alguém abra a caixa, o gato está vivo e morto, uma superposição de estados. Abrindo a caixa para observar o gato muda abruptamente o seu estado quântico aleatoriamente, forçando-o a estar vivo ou morto. O salto quântico é a mudança discreta, não contínua e aleatória no estado quando observada.

A experiência, realizada no laboratório de Michel Devoret e do autor principal Zlatko Minev, assemelha-se pela primeira vez ao funcionamento real de um salto quântico. Os resultados revelam uma descoberta surpreendente que contradiz a opinião estabelecida do físico dinamarquês Niels Bohr: os saltos não são abruptos ou tão aleatórios quanto se pensava anteriormente.

Para um pequeno objeto tal como um eletrão, uma molécula ou átomo que contém informação quântica artificial do salto quântico é a transição súbita de um dos seus estados de outra energia discretos. No desenvolvimento de computadores quânticos, os investigadores devem lidar com os saltos dos qbits, que são as manifestações dos erros nos cálculos.

Os enigmáticos saltos quânticos foram teorizados por Bohr há um século, mas não foram observados até a década de 1980, em átomos. “Estes saltos ocorrem sempre que medimos um qbit. Sabe-se que saltos quânticos são imprevisíveis a longo prazo. Apesar disso, queríamos saber se seria possível obter um aviso antecipado de que um salto está prestes a acontecer em breve”, explicou em comunicado Devoret.

Minev observou que a experiência foi inspirada por uma previsão teórica de Howard Carmichael, da Universidade de Auckland, pioneiro da teoria da trajetória quântica e co-autor do estudo. Além do seu impacto fundamental, a descoberta é um avanço em potencial no entendimento e controle da informação quântica. Cientistas dizem que a gestão confiável de dados quânticos e a correção de erros, à medida que ocorrem, é um desafio-chave em no desenvolvimento de computadores quânticos completamente úteis.

A equipa de Yale usou uma abordagem especial para monitorizar indiretamente um átomo artificial supercondutor, com três geradores de microondas que irradiam o átomo contido numa cavidade 3D feita de alumínio. O método de monitorização duplamente indireto, desenvolvido pela Minev para circuitos supercondutores, permite aos físicos observar o átomo com eficiência sem precedentes.

A radiação de microondas agita o átomo artificial à medida que é observado simultaneamente, resultando em saltos quânticos. O pequeno sinal quântico dos saltos pode ser amplificado sem perder a temperatura ambiente. Aqui, o sinal pode ser monitorizado em tempo real. Isso permitiu aos investigadores ver uma súbita ausência de fotões de deteção. Esta pequena ausência é a advertência antecipada de um salto quântico.

“O efeito mostrado por esta experiência é o aumento da coerência durante o salto, apesar da sua observação”, assinala Devoret e Minev. É possível também reverter os saltos e este é um ponto crucial, de acordo com os investigadores. Enquanto os saltos quânticos aparecem discretos e aleatórios a longo prazo, reverter um salto quântico significa que a evolução do estado quântico tem, em parte, um caráter determinado e não aleatório. O salto ocorre da mesma maneira previsível do seu ponto de partida aleatório.

“Os saltos quânticos de um átomo são um pouco análogos à erupção de um vulcão, são completamente imprevisíveis a longo prazo, mas com a supervisão correta podemos detetar um aviso antecipado de um desastre iminente e agir antes de acontecer”.