O Gato de Schödinger
A estrutura da matéria
desde a Antiguidade, a intuição de filósofos como o grego Demócrito já insinuava que a matéria deve ser feita de blocos que não se podem dividir. Surgia a ideia dos átomos. Mas foi só no século 19 que os primeiros modelos atômicos tornaram o conceito menos abstrato — e mais científico. Da descoberta do núcleo, passando pela dos prótons, nêutrons e elétrons até chegar à dos quarks, na nada distante década de 1960, a tendência não mudou: avanços tecnológicos nos revelam blocos ainda mais fundamentais.
Investigações sobre a estrutura da matéria, um buraco de coelho que parece não ter fim, levaram até as partículas elementares do Modelo Padrão, criado na década de 1970. Ele as relaciona com as quatro forças fundamentais (nuclear forte, nuclear fraca, eletromagnetismo e gravidade): é a melhor descrição do Universo.
Físicos de partículas adoram colidir as coisas — por isso construíram máquinas como o Grande Colisor de Hádrons (LHC). Elas permitem estudos que melhoram o Modelo Padrão, como o Bóson de Higgs, e até sondar além, como a misteriosa matéria escura. “Na mecânica quântica”, diz Nielsen, “a gente costuma dizer que tudo o que não é proibido, é obrigatório. Tem de existir”.
Três zooms nos levam de um copo d'água até o mundo das partículas
O modelo padrão
Gato de Schrödinger
O que é o experimento
A mecânica quântica é clara: se você não conhece o estado de um elétron, deve assumir que ele está em todos os estados possíveis ao mesmo tempo. Para digerir esse conceito, o físico Erwin Schrödinger bolou um famoso experimento mental batizado de “gato de Schrödinger”.
Funciona assim: um gatinho está dentro de uma caixa com partículas radioativas que podem circular ou não — só que quem está de fora da caixa não sabe o que aconteceu. Ou seja, se o gato fosse uma partícula, estaria vivo e morto ao mesmo tempo.
Se a substância radioativa não decair, o medidor não aciona o martelo e não quebra o frasco. O gasto vive.
Caso a substância radioativa decaia, o medidor aciona o martelo, que quebra o frasco e mata o gato.
Para quem está fora, o gato pode estar vivo ou morto. Fosse uma partícula, estaria vivo e morto ao mesmo tempo.
Seria o observador responsável pela vida ou morte do gato?
Cientistas resolvem paradoxo
do Gato de Schrödinger
Um dos paradoxos mais famosos da física quântica é o do Gato de Schrödinger, desenvolvido pelo físico austríaco Erwin Schrödinger em 1935 e usado até hoje para ilustrar o conceito de superposição, que seria a capacidade de dois estados opostos existirem ao mesmo tempo.
A ideia de Schrödinger se baseia na experiência de um gato colocado dentro de uma caixa lacrada com uma fonte radioativa e um veneno, o qual seria ativado se um átomo da substância radioativa se desintegrasse; dessa forma, até que se abra a caixa (ponto de observação) o gato estará ao mesmo tempo vivo e morto. Ao abrir a caixa, o gato muda abruptamente o seu estado quântico aleatoriamente, forçando-o a estar vivo ou morto. Tal movimento se chama salto quântico.
Esse paradoxo ressalta a imprevisibilidade da física quântica. O salto quântico é a mudança discreta, não contínua e aleatória no estado quando observada, e foi exatamente esse salto que os cientistas da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, conseguiram prever e manipular.
Para antever o salto quântico, os pesquisadores contaram com átomos artificiais chamados qubits, as mesmas partículas utilizadas na infraestrutura básica de informação em computadores quânticos. Com um gerador de sinais de micro-ondas para irradiar o átomo e encerrado em uma cavidade 3D feita de alumínio, além de detectores de fóton, eles conseguiram prever o salto quântico, pará-lo e reverter a transição, provando que a atividade, apesar de aleatória, pode ser monitorada.
Podemos comparar os saltos quânticos de um átomo com a erupção de um vulcão: são imprevisíveis a longo prazo, porém, com a supervisão correta, é possível detectar um aviso antecipado de um desastre iminente e agir antes que aconteça.
Cientistas descobriram como salvar o gato de Schrödinger e seu paradoxo
Cientistas descobriram como prever e manipular comportamento de partículas em nível quântico,
o que resolveria a célebre teoria descrita pelo físico Erwin Schrödinger
Cientistas da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, alegam ter encontrado uma forma de salvar o gato do famoso experimento de Schrödinger. Isso porque o grupo afirma ter descoberto como prever (o até então imprevisível) comportamento das partículas em nível quântico.
Para entender melhor, em 1935, o físico austríaco Erwin Schrödinger descreveu um experimento que revelaria um paradoxo até então insolúvel: há um gato em uma caixa fechada junto com uma fonte de decaimento radioativo, um contador Geiger e um frasco selado com veneno. Se o contador Geiger detectar o decaimento radioativo de um único átomo, ele quebra o frasco de veneno, que mata o gato. Contudo, não é possível espiar dentro da caixa, logo é impossível saber se o bichano está vivo ou morto. Por isso, considera-se que o animal está vivo e morto ao mesmo tempo.
Toda essa configuração imaginária é uma metáfora para algo chamado superposição quântica, em que uma partícula (como um átomo, um elétron ou um fóton) pode existir em vários estados de energia ao mesmo tempo — até o ponto de sua observação. Uma vez analisada, a transição aleatória e repentina entre os estados de energia é conhecida como um salto quântico.
É exatamente esse salto que os físicos foram capazes não apenas de prever, mas de manipular e mudar seu resultado. A experiência foi feita em átomos artificiais chamados qubits, também usados como unidades básicas de informação em computadores quânticos: "Queríamos saber se seria possível receber um sinal de alerta antecipado de que um salto está prestes a ocorrer em breve", disse um dos autores da pesquisa, Zlatko Minev, em comunicado.
Além de seu impacto fundamental, a descoberta é um grande avanço em potencial no entendimento e controle da informação quântica. Pesquisadores afirmam que o gerenciamento confiável de dados quânticos e a correção de erros à medida que ocorrem é um desafio-chave no desenvolvimento de computadores quânticos úteis.
"O belo efeito exibido por esse experimento é o aumento da coerência durante o salto, apesar de sua observação", contou o co-autor Michel Devoret. "Você pode aproveitar isso para não só detectar o salto, mas também revertê-lo", adcionou Minev. Isso porque, na realidade, o estudo mostrou que o fenômeno está mais para transição e pode ser manipulado — o que, no caso do gato de Schrödinger, pode salvá-lo.
Para eles, esse é um ponto crucial, pois reverter um desses eventos significa que a evolução do estado quântico possui, em parte, um caráter determinístico e não aleatório; o salto sempre ocorre da mesma maneira previsível do seu ponto de partida — que é aleatório. Minev comparou o fenômeno com a erupção de um vulcão: “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".
