Fenômeno quântico é flagrado na escala dos microgramas

Com informações da APS - 03/04/2023

O ressonador acústico detecta correlações quânticas, como as que regem o famoso gato de Schrodinger.
[Imagem: Björn Schrinski et al. - 10.1103/PhysRevLett.130.133604]

Fronteira clássico-quântico

A física quântica rege o mundo microscópico, enquanto a física clássica reina sobre o reino macroscópico.

O poder muda de mãos em algum ponto intermediário, mas exatamente onde e como ainda não sabemos, sendo que os experimentos mais recentes questionam se há mesmo uma fronteira entre o mundo quântico e o mundo clássico.

Um novo experimento, usando um ressonador acústico, demonstrou agora a superposição quântica - a ocupação simultânea de dois estados distintos - em uma coleção de 10¹⁶ átomos. Em termos da física quântica, isso é muito material, com o conjunto pesando cerca de 1 micrograma.

A ocorrência dessa correlação quântica - superposição e entrelaçamento são os exemplos mais conhecidos dessas correlações - nesse volume de material ultrapassa o limite da "quanticidade", a propriedade de algo ser quantizável.

E refinamentos do experimento já previstos poderão permitir que esses ressonadores acústicos superem os testes quânticos com interferômetros de matéria.

Este é o ressonador de cristal de safira usado pelos pesquisadores para investigar a validade da mecânica quântica em objetos que consistem em trilhões de átomos.
[Imagem: ETH Zurich]

Ressonador acústico

Para sondar a transição quântica para clássica, os físicos estudam os limites de tamanho dos sistemas onde a superposição é observada.

A bancada de teste tradicional é um interferômetro no qual um objeto é "dividido" em dois caminhos separados, produzindo um sinal de interferência. O recorde atual de interferometria de matéria é uma molécula com 2.000 átomos.

Uma forma alternativa de observar a superposição é com um ressonador acústico, que pode estar em dois estados vibracionais ao mesmo tempo. Foi o que fizeram Björn Schrinski e colegas do Instituto Federal Suíço de Tecnologia (ETH).

Eles estudaram o comportamento de um ressonador de cristal de safira que era acionado por um qubit supercondutor para vibrar em dois modos separados. "Observar essa superposição e a velocidade com que ela desaparece nos permite testar a validade da mecânica quântica em nosso sistema," contou o professor Matteo Fadel, coordenador do projeto.

Embora o ressonador usado pela equipe tenha muito mais átomos do que os objetos de teste de interferometria, os estados vibracionais são separados por uma distância relativamente pequena, em escala subatômica. Em termos de macroscopicidade - uma escala logarítmica usada para avaliar testes quânticos - o ressonador vai até 11, enquanto os interferômetros de matéria podem chegar a 14.

Para melhorar os testes de ressonador, a equipe já propôs várias mudanças, inclusive fazendo ressonadores que vibram de forma mais coerente e em frequências mais baixas.

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