Numa experiência psychological icónica, o físico austríaco Erwin Schrödinger imaginou um gato que pudesse estar vivo ou morto – uma analogia inteligente à peculiaridade das superposições quânticas. Quase um século depois do gato de Schrödinger, os físicos criaram uma nova família de “estados de gato” exóticos no reino quântico.
As superposições quânticas referem-se a como os sistemas quânticos podem existir em mais de um estado ao mesmo tempo. O ato de observação determina o estado “remaining” do sistema, por assim dizer. Em uma revisão física recente X papelos físicos relatam o desenvolvimento de uma nova maneira de criar e controlar superposições quânticas no movimento de um sistema de íons aprisionados. Como resultado, a equipe criou uma variedade de estados com “padrões de interferência distintos, simetria rotacional e assinaturas claras de comportamento não clássico”, disse o autor principal do estudo. Sebastião Saner disse ao Gizmodo.
Em outras palavras, os físicos construíram uma família expandida de superposição quântica baseada em estados quânticos exóticos. Além do mais, o novo método dá aos pesquisadores um maior grau de liberdade no trabalho com o mundo quântico.
“Mesmo que os físicos pensem em superposições quânticas há mais de um século, ainda estamos encontrando novas maneiras de criá-las, controlá-las e compreendê-las”, disse Saner, físico da Universidade de Oxford, no Reino Unido.
Um ou nenhum
De acordo com um explicador do Instituto de Tecnologia da Califórnia, Schrödinger pretendia que o experimento com gatos “demonstrasse o que ele through como o absurdo da ciência quântica”. Na verdade, há algo de estranho na ideia de qualquer coisa – muito menos um gato – estar morta e viva ao mesmo tempo, só porque não podemos “ver” e confirmar se é qualquer um dos dois.
“É obviamente um exemplo dramático, mas captura algo actual sobre a mecânica quântica”, disse Saner. “O ponto importante é que uma superposição não é apenas uma incerteza comum. Não é simplesmente que não sabemos em que estado o sistema se encontra.”
Essas possibilidades estão ligadas de acordo com padrões “muito precisos” da mecânica quântica, acrescentou, e podem interferir umas nas outras como ondas. Esta propriedade é central para experimentos em óptica quântica, nos quais um “estado gato” normalmente se refere a uma superposição de dois estados osciladores distintos.
A teoria está viva
Para o experimento, Saner e colegas usaram um único íon de estrôncio dentro de uma armadilha de íons. De acordo com um declaração universitária Com base nas descobertas, a equipe projetou a armadilha de modo que o estado interno do íon ficasse emaranhado em diferentes estados de movimento possíveis. Então, uma medição quântica do estado no meio do circuito projetou o movimento do íon em uma superposição específica.
“Em nosso sistema, o íon tem duas partes importantes: um estado quântico interno, que costumamos chamar de spin, e seu movimento, que se comporta como um oscilador quântico”, explicou Saner ao Gizmodo. Através do novo método, a equipe descobriu que “o spin não estava mais apenas ajudando a mediar a interação; tornou-se uma ferramenta para esculpir o próprio estado quântico”.
Saner acrescentou que alguns desses “estados felinos” foram teoricamente previstos há mais de 30 anos, mas o verdadeiro desafio period “criá-los em laboratório e provar que realmente existiam”, disse ele.
Do gato à realidade
Mas as implicações das descobertas vão além de serem fundamentalmente interessantes. Por exemplo, sistemas de íons presos são um componente well-liked da computação quântica. Como o novo método oferece formas precisas e versáteis de manipulação de sistemas quânticos, seu potencial pode se estender a computadores quânticos, simulações e sistemas de detecção, disse Saner.
“A imagem clássica de um sistema quântico estando em dois lugares ao mesmo tempo é apenas o começo”, acrescentou. “Há um cenário muito maior de estados quânticos possíveis e ainda estamos aprendendo como acessá-lo experimentalmente.”
