Gato de Schrodinger recordista fica indeciso entre vivo ou morto por 23s
[Imagem: Y. A. Yang et al. – 10.1038/s41566-024-01555-3]
Superposição de vida e morte
Mesmo que você não seja um físico, provavelmente já ouviu falar do famoso gato de Schrodinger.
O físico austríaco Erwin Schrodinger [1887-1961] idealizou o experimento mental no qual o felino pode estar vivo e morto ao mesmo para explicar o estranho fenômeno da superposição, em que uma partícula que obedeça às leis da mecânica quântica pode ter dois valores simultaneamente, apenas “decidindo-se” por um deles quando alguém faz uma medição – é por isso que o gato só sabe se está morto ou vivo quando você abre a caixa, que equivale à medição.
No experimento mental o pobre bichano pode ficar lá pela eternidade, sem que o mundo saiba se ele está vivo ou morto, mas, na prática, tudo é muito mais efêmero, com os melhores experimentos mantendo a caixa do gato fechada por frações muito pequenas de um segundo.
Mas isto agora mudou: Yang Yang e colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China criaram um gato de Schrodinger que permaneceu indeciso entre a vida e a morte por impressionantes 23,3 segundos.
Isto traz o elusivo fenômeno para o campo dos interesses práticos, por exemplo, prometendo melhorar muito a sensibilidade dos sensores e dos sistemas de medição quântica – na metrologia quântica, essa “indecisão” fundamental das partículas não serve apenas como uma sonda para medir campos magnéticos, inércia e uma variedade de fenômenos físicos, mas também tem potencial para sondar novas físicas além do Modelo Padrão.
[Imagem: Lewis Howard/UQ]
Estado gato de Schrodinger mais duradouro
Estados do tipo gato de Schrodinger baseados em alto spin – uma superposição de dois estados de spin opostos e mais distantes, com um momento angular total próximo do valor máximo – oferecem vantagens significativas para medições.
Por um lado, o alto número quântico de spin amplifica o sinal de frequência de precessão. Por outro, os estados tipo gato são insensíveis a algumas interferências ambientais, suprimindo assim o ruído da medição. No entanto, para usufruir dessas vantagens é necessário alcançar um tempo de coerência suficientemente longo, o que tem sido o principal desafio técnico nos últimos anos.
Para vencer o desafio, a equipe primeiro capturou átomos de itérbio (173Yb) com um spin de 5/2 em uma rede óptica. Controlando pulsos de laser para induzir mudanças não lineares nos estados fundamentais dos átomos, alcançou-se um estado de superposição consistindo de duas projeções de spin, +5/2 e -5/2.
Esse estado – o estado gato de Schrodinger – apresenta sensibilidade de campo magnético mais robusta e mudanças de luz idênticas na rede óptica, residindo dentro de um subespaço livre de decoerência – portanto, é um estado imune a ruído e a variações espaciais da rede.
Ainda melhor, os experimentos indicaram que o tempo de coerência desse estado de gato excedeu 20 minutos (1.4 × 103s) – se, há poucos dias, tivemos a demonstração do gato de Schrodinger mais pesado até hoje, este é largamente o gato de Schrodinger que consegue manter-se indeciso entre a vida e a morte por mais tempo até hoje.