Gato de Schrodinger recordista fica indeciso entre vivo ou morto por 23s

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/11/2024

Os spins dos átomos de itérbio formam um estado de gato de Schrodinger dentro de uma rede óptica unidimensional.
[Imagem: Y. A. Yang et al. - 10.1038/s41566-024-01555-3]

Superposição de vida e morte

Mesmo que você não seja um físico, provavelmente já ouviu falar do famoso gato de Schrodinger.

O físico austríaco Erwin Schrodinger [1887-1961] idealizou o experimento mental no qual o felino pode estar vivo e morto ao mesmo para explicar o estranho fenômeno da superposição, em que uma partícula que obedeça às leis da mecânica quântica pode ter dois valores simultaneamente, apenas "decidindo-se" por um deles quando alguém faz uma medição - é por isso que o gato só sabe se está morto ou vivo quando você abre a caixa, que equivale à medição.

No experimento mental o pobre bichano pode ficar lá pela eternidade, sem que o mundo saiba se ele está vivo ou morto, mas, na prática, tudo é muito mais efêmero, com os melhores experimentos mantendo a caixa do gato fechada por frações muito pequenas de um segundo.

Mas isto agora mudou: Yang Yang e colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China criaram um gato de Schrodinger que permaneceu indeciso entre a vida e a morte por impressionantes 23,3 segundos.

Isto traz o elusivo fenômeno para o campo dos interesses práticos, por exemplo, prometendo melhorar muito a sensibilidade dos sensores e dos sistemas de medição quântica - na metrologia quântica, essa "indecisão" fundamental das partículas não serve apenas como uma sonda para medir campos magnéticos, inércia e uma variedade de fenômenos físicos, mas também tem potencial para sondar novas físicas além do Modelo Padrão.

Existem também outros gatos quânticos, parentes do gato de Schrodinger.
[Imagem: Lewis Howard/UQ]

Estado gato de Schrodinger mais duradouro

Estados do tipo gato de Schrodinger baseados em alto spin - uma superposição de dois estados de spin opostos e mais distantes, com um momento angular total próximo do valor máximo - oferecem vantagens significativas para medições.

Por um lado, o alto número quântico de spin amplifica o sinal de frequência de precessão. Por outro, os estados tipo gato são insensíveis a algumas interferências ambientais, suprimindo assim o ruído da medição. No entanto, para usufruir dessas vantagens é necessário alcançar um tempo de coerência suficientemente longo, o que tem sido o principal desafio técnico nos últimos anos.

Para vencer o desafio, a equipe primeiro capturou átomos de itérbio (¹⁷³Yb) com um spin de 5/2 em uma rede óptica. Controlando pulsos de laser para induzir mudanças não lineares nos estados fundamentais dos átomos, alcançou-se um estado de superposição consistindo de duas projeções de spin, +5/2 e -5/2.

Esse estado - o estado gato de Schrodinger - apresenta sensibilidade de campo magnético mais robusta e mudanças de luz idênticas na rede óptica, residindo dentro de um subespaço livre de decoerência - portanto, é um estado imune a ruído e a variações espaciais da rede.

Ainda melhor, os experimentos indicaram que o tempo de coerência desse estado de gato excedeu 20 minutos (1.4 × 10³s) - se, há poucos dias, tivemos a demonstração do gato de Schrodinger mais pesado até hoje, este é largamente o gato de Schrodinger que consegue manter-se indeciso entre a vida e a morte por mais tempo até hoje.

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