Físicos colocaram o gato de Schrödinger em duas caixas da morte de uma vez

O gato de Schrödinger é uma analogia clássica da física. Você conhece a história: tem um felino numa caixa e, dentro dela, há uma modificação para soltar um veneno que mata o bichano. A liberação dessa substância depende do decaimento radioativo de um átomo, uma ocorrência que seria, segundo os cientistas, das mais aleatórias possíveis.

A caixa é uma analogia de uma característica fundamental da mecânica quântica: a sobreposição quântica. Não existe estado intermediário meio-vivo ou meio-morto para um gato (e para a maioria dos seres vivos), porém, isso é mais ou menos o que acontece no mundo quântico. As partículas ficam no maior tipo de estados possíveis – se uma partícula puder ser uma partícula morta, ela poderá também estar meio-morta. Pelo menos até olharmos para a partícula, interferindo nela. Então, ela deverá "escolher" um estado e as coisas voltam ao normal – pelo menos da forma como nós as conhecemos.

Conforme descrito na edição atual da Science, uma equipe de físicos aclamados da Universidade de Yale, nos EUA, propôs uma reviravolta interessante e potencialmente útil à imagem do gato de Schrödinger: outro gato. Nessa situação nova, os gatos são, na verdade, dois campos de microondas que habitam duas cavidades distintas que devem ser vistas como duas caixas cheias de fótons (os fótons são os transportadores da força eletromagnética, logo, das microondas). Essas caixas são, então, entrelaçadas por meio de certa distância, e o resultado é, em essência, um gato de Schrödinger em dois locais.

Enquanto o gato na caixa é considerado uma analogia, existe uma coisa na física conhecida como o "estado do gato". É basicamente o que foi descrito acima: alguns fótons presos em uma caixa e, ao mesmo tempo, todos os fótons compartilhando o mesmo estado – que é uma sobreposição de dois estados. Não é macroscópico como um gato de verdade, mas é um pouco mais do que a imagem de uma única partícula sobreposta. E, diferentemente do gato meio-vivo/meio-morto, esse estado do gato é um estado quântico real, um exemplo real da sobreposição quântica. Dois opostos juntos como um único.

"Se você olhar para as duas caixas juntas, será possível olhar para ela como um grande estado do gato espalhado através das caixas – ou é possível olhar para ela como duas caixas, cada qual com um estado de gato correlacionado, assim como seus destinos entrelaçados uma com a outra", a coautora do estudo Yvonne Gao me contou.

A propriedade do entrelaçamento, nesse caso, talvez não seja tão óbvia quanto as coisas que costumamos ter notícia, a exemplo das partículas em mais de um lugar de uma vez ou girando em direções opostas. Neste caso, a propriedade que desejamos conhecer, o que se correlaciona através das duas caixas, se chama paridade.

"A pergunta que fazemos às caixas é: juntas, vocês duas têm um número de fótons par ou ímpar?", Gao afirmou. "Não queremos saber o número exato de fótons, ou a paridade das caixas individualmente, mas desejamos saber o número de paridade dos fótons através dessas duas caixas."

Isso é muito mais do que um truque. Dentre os desafios mais urgentes (talvez o desafio mais urgente) da computação quântica e das informações quânticas, de modo geral, está a quantidade crescente de informações que podem ser representadas. Isso significa um maior número de partículas no sistema computacional, o qual é difícil de tornar realidade porque os estados quânticos são muito, muito frágeis.

O número máximo de fótons distribuídos no experimento das caixas de dois gatos está em cerca de 100, mas conforme os estados quânticos se mantêm, isso é uma baita duma dupla.

Tradução: Amanda Guizzo Zampieri