Um minúsculo cristal vibrante, pesando pouco mais que um grão de areia, tornou-se o objeto mais pesado já registrado em uma sobreposição de locais.
Físicos do Instituto Federal Suíço de Tecnologia (ETH) de Zurique acoplaram um ressonador mecânico a um tipo de circuito supercondutor comumente usado em computadores quânticos para replicar efetivamente o famoso experimento mental de Erwin Schrödinger em uma escala sem precedentes.
Ironicamente, Schrödinger seria um tanto cético de que algo tão grande pudesse existir – bem, de forma alguma – em um estado nebuloso da realidade.
Os estados de superposição não têm equivalente em nossa experiência cotidiana. Observe a queda de uma bola de futebol e acompanhe sua velocidade de queda com um cronômetro. Sua posição final de repouso é clara como o dia, e até mesmo sua rotação em vôo é evidente.
Se você fechar os olhos ao cair, não há razão para pensar que esses estados locacionais ou comportamentais possam ser diferentes. Mas na física quântica, características como posição, rotação e momento não existem de forma significativa até que você veja a bola em repouso no chão.
Junto com o outro peso-pesado da física teórica, Albert Einstein, Schrödinger não estava exatamente interessado em interpretar experimentos que sugeriam que as partículas careciam de propriedades precisas até que uma observação lhes fornecesse uma.
Para mostrar o quão absurda era toda a ideia, o Prêmio Nobel da Áustria descreveu um cenário no qual 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, quebrando um frasco de veneno e matando instantaneamente um gato. Como tudo isso acontece dentro de uma caixa, os eventos e seu tempo permanecem inobservados.
Passando pelo que é conhecido como Interpretação de Copenhague Na 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 habilitado e não habilitado. O frasco de veneno está quebrado e não quebrado. E o gato está vivo e morto.
Este borrão mortal é praticamente inimaginável, mas é facilmente retratado no Equação de onda desenvolvida pelo próprio Schrödinger.
Quase um século depois, o gato de Schrödinger não é mais uma piada. Não foi observado apenas em partículas minúsculas, mas em moléculas inteiras (para não mencionar aglomerados de milhares de átomos). Podemos manipular a caixa para garantir que o gato nunca morra. Podemos até mexer na configuração para separar o gato. Na verdade, tecnologias inteiras são baseadas nos princípios fundamentais de objetos em estados de superposição.
Embora nenhum gato real tenha sido ameaçado por um experimento quântico – porque, você sabe, ética – a teoria permanece clara. Objetos tão grandes quanto gatos ou mesmo humanos, elefantes ou mesmo dinossauros podem existir em estados de superposição, assim como elétrons, quarks e fótons.
A matemática deixa pouco espaço para dúvidas, mas observar as ramificações de uma existência tão nebulosa em grande escala é uma história totalmente diferente.
No nível atômico, uma porção de destinos não realizados pode ser vista com equipamentos relativamente rudimentares. À medida que as propriedades dos objetos aumentam, as impressões digitais sobrepostas tornam-se mais difíceis de detectar experimentalmente.
Neste último experimento, um ressonador de ondas acústicas de alto tom ou HBAR, serviu como um gato de 16,2 microgramas. O que faltava em bigodes e bafo de peixe era compensado pelo fato de poder zumbir em uma curta faixa de frequências quando alimentado.
“Ao sobrepor os dois estados vibracionais do cristal, criamos essencialmente um gato de Schrödinger de 16 microgramas,” diz Autor sênior e físico ETH Yiwen Chu.
Para os papéis de um átomo radioativo, um contador Geiger e um veneno, a equipe usou um transmonarum circuito supercondutor que serviu como fonte de corrente, sensor e superposição do experimento.
Juntar os dois permitiu que os pesquisadores colocassem o HBAR em movimento para que suas vibrações se dividissem em duas fases simultaneamente, um fenômeno que retroalimentava o transmon.
Quão grandes os experimentos futuros podem se tornar é uma questão em aberto. Em um nível prático, forçar os limites da escala na superposição pode levar a novos métodos para tornar a tecnologia quântica mais robusta ou lançar as bases para ferramentas cada vez mais sensíveis para estudar a matéria e o cosmos.
Basicamente, ainda surge a questão sobre o que realmente significa que a matéria está em uma superposição. Apesar de décadas de avanços na precisão da mecânica quântica, eles existem ainda sem clareza por que abrir a caixa mudaria o destino do gato de Schrödinger.
O que significa transformar um talvez em realidade permanece tão misterioso na física de partículas quanto quando Schrödinger surgiu com sua ideia absurda de um gato que não deveria existir.
Este estudo foi publicado em Ciência.