Trajetória quântica esclarece morte do Gato de Schrodinger

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/08/2014

A definição entre a vida e a morte do Gato de Schrodinger não é instantânea, ainda que não seja tão suave e contínua quanto um evento clássico.
[Imagem: Irfan Siddiqi/UC Berkeley]

Rota entre morto e vivo

Se você joga uma bola para outra pessoa, a bola seguirá sua rota de forma contínua e direta.

Mas se a bola for pequena demais - um átomo ou uma molécula, por exemplo - ela obedecerá às leis da mecânica quântica, e não da mecânica clássica, o que tornará as coisas um pouco mais complicadas.

Partículas quânticas podem existir em uma sobreposição de estados, como estarem em dois lugares ao mesmo tempo, só "escolhendo" um deles quando se tenta medir onde elas realmente estão.

Assim, parecia impossível estabelecer uma trajetória contínua para uma partícula quântica, parecendo que só era possível localizar pontos bem discretos de sua rota - ou lá ou cá.

O exemplo mais conhecido disso é o famoso experimento mental conhecido como Gato de Schrodinger, em que um gato é posto em uma caixa onde um frasco de veneno pode ser aberto pelo estado de uma partícula quântica.

O gato estaria em um estado de superposição, vivo e morto ao mesmo tempo, já que sua condição definitiva só seria determinada quando a caixa fosse aberta - o que equivale a fazer uma medição da partícula quântica.

Uma equipe de físicos das universidades de Rochester, Berkeley e Washington, todas nos Estados Unidos, agora demonstrou que não é bem assim, estabelecendo um caminho provável entre a vida e a morte do gato. O evento não seria instantâneo, com o gato seguindo uma rota contínua de sua vida até sua morte - o gato morre suavemente, por assim dizer.

• Físicos separam uma partícula de suas propriedades

A descrição dessas rotas prováveis das partículas quânticas mereceu a capa da revista Nature.

Os dados mostram o caminho "mais provável" (em vermelho) entre estados quânticos iniciais e finais (pontos pretos). As medições são mostradas em uma representação conhecida como esfera de Bloch.
[Imagem: Areeya Chantasri]

Trajetória quântica

Conforme um estado quântico colapsa, saindo de uma superposição e assumindo um estado clássico, ou mesmo uma superposição diferente, ele segue um caminho conhecido como uma trajetória quântica.

Para cada estado de origem e cada estado final há um caminho "mais provável" ótimo. O problema é que não é fácil prever esse caminho ou mesmo rastreá-lo experimentalmente.

Para conseguir isso, a equipe criou um qubit supercondutor com propriedades de coerência muito precisas - os cientistas costumam chamar esse tipo de sistema quântico de átomo artificial, podendo ele permanecer em uma superposição quântica durante um monitoramento contínuo.

O experimento tirou proveito do fato de que qualquer medição perturba um sistema quântico - exceto as chamadas medições fracas.

Isto torna possível traçar o caminho ideal da partícula efetuando medições contínuas, ou seja, forçando-a a passar continuamente de um estado quântico para outro.

O qubit supercondutor usado no experimento - um átomo artificial - é mantido a uma temperatura de 7 milliKelvin. Com o ruído termal suprimido a esse nível, o dispositivo entra naquilo que os físicos chamam de "espaço quântico".
[Imagem: Joe Angeles/WUSTL]

Controle quântico das reações químicas

"O experimento demonstra que, para qualquer escolha de estado quântico final, o 'caminho ideal' mais provável em um determinado momento pode ser encontrado e previsto," disse Andrew Jordan, membro da equipe. "Isto confirma a teoria e abre caminho para técnicas de controle quântico ativas."

Kater Murch, coautor do estudo, ressalta que esse controle quântico ativo é especialmente interessante para a química.

"Nos últimos 20 anos, os químicos desenvolveram uma técnica chamada controle quântico, na qual pulsos de laser são usados para dirigir reações químicas, ou seja, conduzi-las entre dois estados quânticos. Os químicos controlam o campo quântico com o laser, e esse campo controla a dinâmica de uma reação química," explicou ele.

"Eventualmente, nós seremos capazes de controlar a dinâmica das reações químicas com lasers, em vez de apenas misturar um reagente 1 com um reagente 2 e deixar a reação evoluir por conta própria," concluiu o físico.

Interpretação de Copenhague

O resultado também tem impacto sobre o campo da computação quântica, desafiando a interpretação tradicional da teoria quântica, conhecida como interpretação de Copenhague, que estabelece que a passagem entre estados seria instantânea.

"Mas o monitoramento em tempo real de um sistema quântico mostra que é um processo contínuo, e que nós podemos constantemente extrair informações do sistema conforme ele passa de quântico para clássico. Este nível de detalhe nunca foi considerado acessível pelos fundadores originais da teoria quântica," disse o professor Irfan Siddiqi.

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