Físicos estabelecem novo recorde quântico com o 'gato Schrödinger' mais pesado até agora: WebCuriosos

Um minúsculo cristal vibrante pesando pouco mais que um grão de areia tornou-se o objeto mais pesado já registrado em uma superposição de locais.

Físicos do Instituto Federal Suíço de Tecnologia (ETH) de Zurique acoplaram um ressonador mecânico a um tipo de circuito supercondutor comumente usado na computação quântica para replicar com eficácia o famoso experimento mental de Erwin Schrödinger em uma escala sem precedentes.

Ironicamente, Schrödinger seria um tanto céptico quanto à possibilidade de algo tão grande – bem, qualquer coisa – poder existir num estado nebuloso de realidade.

Os estados de superposição não têm equivalente em nossa experiência cotidiana. Assista a uma queda de futebol e você poderá acompanhar sua taxa de queda com um cronômetro. Sua posição final de repouso é clara como o dia, e até mesmo como ele gira durante o vôo é óbvio.

Se você fechar os olhos enquanto ela cai, não há razão para pensar que esses estados de localização ou comportamento possam ser diferentes. No entanto, na física quântica, características como posição, rotação e momento não existem de forma significativa até que você veja a bola apoiada no chão.

Juntamente com outro peso pesado da física teórica, Albert Einstein, Schrödinger não estava exatamente interessado em interpretações de experimentos que sugeriam que as partículas careciam de propriedades precisas até que uma observação lhes desse uma.

Para mostrar o quão absurda era toda a ideia, o austríaco vencedor do Prémio Nobel descreveu um cenário em que a posição não observada de uma partícula estava ligada à vida de um gato não observado.

Imagine, se quiser, uma partícula cuspida aleatoriamente de um átomo em decomposição, atingindo um contador Geiger, fazendo com que um frasco de veneno se estilhace, matando instantaneamente um gato. Como tudo isso ocorre dentro de uma caixa, os eventos e seu tempo permanecem despercebidos.

Indo pelo que é conhecido como Interpretação de Copenhague da física quântica, o sistema invisível existe em um estado de todas as possibilidades até que seu estado final seja observado. A partícula é emitida e não emitida. O contador Geiger está ativado e não ativado. O frasco de veneno está quebrado e não quebrado. E o gato está vivo e morto.

Este borrão mortal é virtualmente impossível de imaginar, mas é facilmente representado no equação em forma de onda criada pelo próprio Schrödinger.

Quase um século depois, o gato de Schrödinger já não é uma piada. Foi observado não apenas em partículas minúsculas, mas em moléculas inteiras (sem falar em aglomerados de milhares de átomos). Podemos manipular a caixa para garantir que o gato nunca morra. Podemos até mexer na configuração para desmontar o gato. Na verdade, tecnologias inteiras baseiam-se nos próprios princípios dos objetos em estados de superposição.

Embora nenhum gato real tenha sido ameaçado por um experimento quântico – por causa, você sabe, da ética – a teoria permanece clara. Objetos tão grandes como gatos, ou mesmo humanos, elefantes ou mesmo dinossauros, podem existir em estados de superposição da mesma forma que elétrons, quarks e fótons.

A matemática deixa pouco espaço para dúvidas, mas observar os efeitos de uma existência tão turva em grande escala é uma outra história.

No nível atômico, uma mancha de destinos não realizados pode ser vista usando equipamentos bastante rudimentares. À medida que as propriedades dos objetos aumentam, as impressões digitais da superposição tornam-se mais difíceis de descobrir experimentalmente.

Neste último experimento, um ressonador de onda acústica em massa de alto tom, ou HBARserviu como um gato de 16,2 microgramas. O que faltava em bigodes e hálito de peixe era compensado pelo fato de poder zumbir em uma curta faixa de frequências quando alimentado por corrente.

“Ao colocar os dois estados de oscilação do cristal em superposição, criamos efetivamente um gato de Schrödinger pesando 16 microgramas,” diz autor sênior e físico da ETH Zurich, Yiwen Chu.

Para os papéis de átomo radioativo, contador Geiger e veneno, a equipe usou um transmonum circuito supercondutor que serviu como fonte de energia, sensor e superposição do experimento.

Unir os dois permitiu que os pesquisadores colocassem o HBAR em movimento de modo que suas oscilações tremessem em duas fases ao mesmo tempo, um fenômeno que retroalimentava o transmon.

Até que ponto os experimentos futuros poderiam atingir é uma questão em aberto. Numa frente prática, ultrapassar os limites da escala na superposição poderia levar a novos métodos para tornar a tecnologia quântica mais robusta ou formar a base de ferramentas cada vez mais sensíveis para o estudo da matéria e do cosmos.

Fundamentalmente, ainda há dúvidas sobre o que significa a matéria estar em superposição. Apesar de décadas de avanço no sentido de tornar a mecânica quântica mais precisa, ainda há ainda não há clareza sobre por que abrir a caixa faria alguma diferença no destino do gato de Schrödinger.

O que significa exatamente transformar um talvez numa realidade continua a ser um mistério na física das partículas, tal como quando Schrödinger concebeu a sua ideia absurda de um gato que não deveria existir.

Esta pesquisa foi publicada em Ciência.