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Físicos preveem salto quântico e salvam gato de Schrodinger

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/06/2019

Físicos dizem que é possível prever o salto quântico, contrariando uma teoria aceita há décadas. [Imagem: Kat Stockton]

Como salvar o gato de Schrodinger

Uma equipe de físicos da Austrália, EUA e França descobriu como salvar o famoso gato de Schrodinger, o símbolo da superposição quântica e da imprevisibilidade da natureza em escala atômica.

A descoberta permitirá que os pesquisadores criem um sistema de alerta antecipado para os saltos quânticos que ocorrem entre os qubits, os elementos fundamentais da computação quântica, e fazem com que eles percam seus dados.

O gato de Schrodinger é um paradoxo bem conhecido, usado para ilustrar o conceito de superposição - a capacidade de uma partícula existir simultaneamente em dois estados diferentes - e a imprevisibilidade, bem expressa no conhecido Princípio da Incerteza de Heisenberg.

Para ilustrar esses princípios, o físico Erwin Schrodinger (1887-1961) idealizou um experimento mental no qual um gato seria colocado em uma caixa selada, junto com uma fonte radioativa e um veneno que será liberado se um átomo da substância radioativa decair - o decaimento é um típico fenômeno quântico.

A teoria da superposição sugere que, até que alguém abra a caixa, não é possível saber se o átomo decaiu ou não - em outras palavras, o gato estará vivo e morto ao mesmo tempo, em uma superposição de estados, assim como a partícula que determina seu destino. Abrir a caixa para observar o gato faz com que ele mude abruptamente seu estado quântico, que então irá colapsar em uma situação de morto ou de vivo.

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Salto quântico

Agora, Zlatko Minev e seus colegas resolveram dar uma olhada mais de perto no funcionamento real do mecanismo que dita essa mudança de estado, o famoso salto quântico. O salto quântico é a mudança discreta (não contínua) e aleatória no estado de uma partícula atômica, que somente "se realiza" quando é observada, quando sua função de onda colapsa.

O que eles descobriram é que é possível antecipar o salto quântico que determinará a mudança de estado da partícula radioativa decaindo e a ação de liberar o veneno. Mais do que isso, é possível agir em tempo real para salvar o gato, o que derruba décadas de um dogma fundamental da física quântica.

O experimento mostrou um aumento da coerência durante o salto - em lugar da decoerência - mesmo quando o fenômeno foi observado, o que tipicamente destrói a coerência quântica. Com isto, é possível reverter o salto.

Assim, os resultados contradizem a visão estabelecida pelo físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962), ao afirmar que os saltos quânticos não são nem abruptos e nem tão aleatórios quanto se pensava anteriormente.

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O experimento consistiu em monitorar um átomo artificial supercondutor usando três geradores de micro-ondas irradiando o átomo, que fica preso em uma cavidade 3D feita de alumínio. [Imagem: Minev et al. - 10.1038/s41586-019-1287-z]

Computadores quânticos

Para um objeto minúsculo, como um elétron, uma molécula ou um átomo artificial, contendo informação quântica - é por isso que eles funcionam como qubits -, um salto quântico é a transição repentina de um dos estados de energia discretos para outro.

Como, no desenvolvimento dos computadores quânticos, os saltos dos qubits se manifestam como erros nos cálculos - a mudança de estado significa que o qubit perdeu seu dado -, esta descoberta simplesmente diz que é possível atuar contra esses erros, anulando-os na fonte, assim que ocorrem.

Este é um ponto crucial também para a teoria, dizem os pesquisadores, porque, embora os saltos quânticos pareçam discretos e aleatórios a longo prazo, inverter um salto quântico significa que a evolução do estado quântico possui, em parte, um caráter determinístico, e não aleatório - o salto sempre ocorre da mesma maneira previsível a partir do seu ponto de partida aleatório.

"Os saltos quânticos de um átomo são de certa forma análogos à erupção de um vulcão. Eles são completamente imprevisíveis a longo prazo. No entanto, com o monitoramento correto, podemos com certeza detectar um aviso prévio de um desastre iminente e agir antes que ocorra," disse Minev.

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Bibliografia:

To catch and reverse a quantum jump mid-flight
Zlatko K. Minev, Shantanu O. Mundhada, Shyam Shankar, Philip Reinhold, Ricardo Gutiérrez-Jáuregui, Robert J. Schoelkopf, Mazyar Mirrahimi, Howard J. Carmichael, Michel H. Devoret
Nature
DOI: 10.1038/s41586-019-1287-z
https://arxiv.org/abs/1803.00545