Um pulso de laser ricocheteou em um átomo de rubídio e entrou no mundo quântico - assumindo a estranha física do "gato de Schrödinger". Então outro fez a mesma coisa. Então outro.
Os pulsos do laser não cresceram bigodes ou patas. Mas eles se tornaram como o famoso experimento de pensamento da física quântica de gato de Schrödinger de uma maneira importante: eram objetos grandes que agiam como criaturas simultaneamente mortas e vivas da física subatômica - existindo em um limbo entre dois estados simultâneos e contraditórios. E o laboratório na Finlândia onde nasceram não tinha limite de quantos poderiam produzir. Pulso após pulso, se transformou em uma criatura do mundo quântico. E esses "gatos quânticos", embora existissem apenas uma fração de segundo dentro da máquina experimental, tinham o potencial de ser imortal.
"Em nosso experimento, ele foi enviado ao detector imediatamente, e foi destruído logo após sua criação", disse Bastian Hacker, pesquisador do Instituto Max Planck de Quantum Optics, na Alemanha, que trabalhou no experimento.
Mas não precisava ser assim, disse Hacker à Live Science.
"Um estado óptico pode viver para sempre. Portanto, se tivéssemos enviado o pulso para o céu noturno, ele poderia viver bilhões de anos em seu estado".
Essa longevidade é parte do que torna esses pulsos tão úteis, acrescentou. Um gato a laser de longa duração pode sobreviver a viagens de longo prazo através de uma fibra óptica, tornando-o uma boa unidade de informação para uma rede de computadores quânticos.
Gato quântico, morto e vivo
Então, o que significa fazer um pulso de laser como o gato de Schrödinger? Primeiro de tudo, o gato não era um animal de estimação. Foi um experimento mental que o físico Erwin Schrödinger propôs em 1935 para apontar a pura irracionalidade da física quântica que ele e seus colegas estavam apenas descobrindo.
É assim que funciona: a física quântica determina que, sob condições particulares, uma partícula pode ter dois traços contraditórios ao mesmo tempo. O giro de uma partícula (uma medida quântica que não se parece muito com o giro que vemos na escala macro) pode estar "em alta" e também "em baixo". Somente quando seu giro é medido, a partícula entra em colapso de uma maneira ou de outra.
Os físicos têm várias interpretações desse comportamento, mas o mais popular (chamado de interpretação de Copenhague) diz que a partícula não é realmente girada ou girada antes de ser observada. Até então, é uma espécie de mundo subterrâneo nebuloso entre estados, e só decide por um ou outro quando forçado por um observador externo.
Schrödinger percebeu que isso tinha algumas implicações bizarras.
Ele imaginou uma caixa de aço opaca, contendo um gato, um átomo e um frasco de vidro selado de gás venenoso. Se o átomo decaísse (uma possibilidade, mas não uma coisa certa, graças à mecânica quântica), um mecanismo na caixa quebraria o vidro, matando o gato. Se o átomo não se deteriorasse, o gato viveria. Deixe o gato na caixa por uma hora, disse Schrödinger, e ele acabaria em uma "superposição" entre vida e morte.
O problema com isso, ele estava sugerindo, é que isso não faz nenhum sentido.
E, no entanto, o gato de Schrödinger tornou-se um tipo de atalho útil para coisas em escala macro que obedecem às leis da física clássica, mas interagem com objetos quânticos, de modo que eles não têm nem uma característica nem outra.
No novo experimento, descrito em um artigo publicado em 14 de janeiro na revista Nature Photonics, os pesquisadores criaram pulsos de laser que estão em superposição entre dois possíveis estados quânticos. Eles chamavam os pequenos pulsos de "estados de gatos ópticos voadores".
Para fazê-los, eles primeiro confinaram o átomo de rubídio a uma cavidade entre dois espelhos com apenas 0,5 mm de largura (aproximadamente a largura de um grão de sal). O átomo pode estar em um dos três estados: dois estados "terra" ou um estado "excitado". Quando a luz entrou na cavidade, ficou enredada no átomo, o que significa que seu estado estava fundamentalmente ligado ao estado do átomo.
Então, quando o pulso de luz atingiu um detector de luz, ele tinha sinais reveladores de intermediação, nem agindo inteiramente como se estivesse entrelaçado com um tipo de átomo ou outro. Era um gato voador feito de luz.
Esse intermediário tem a ver com a posição das ondas de luz, disse Hacker. Depois de olhar para o átomo, a luz continuou a se mover através do espaço como uma onda: colina e vale, colina e vale.
Mas ficou incerto se a qualquer momento a onda da luz chegaria ao topo de uma colina ou descia a um vale, disse Hacker à Live Science.
A luz agia como se houvesse pelo menos duas ondas diferentes, uma refletindo a outra.
(Na realidade, a luz poderia ter formas ainda mais possíveis: sua onda sempre teve pelo menos alguma chance de ocupar todos os pontos entre o topo de uma "colina" e o fundo de um "vale". Mas duas ondas de imagem no espelho representavam a provavelmente mais incertos.)
Os pesquisadores disseram que, no futuro, essa capacidade de enviar gatos em movimento de um lugar para outro poderia ser útil para redes quânticas. Isso porque as redes quânticas provavelmente dependerão do envio de luz entre computadores quânticos, disse Hacker, em vez da eletricidade.
"A coisa mais fácil de enviar seria um único fóton, mas quando eles se perdem, as informações transportadas desaparecem", disse ele. "Os estados Cat podem codificar informações quânticas de uma maneira que permita detectar a perda óptica e corrigi-la. Embora toda transmissão óptica tenha perdas, a informação pode ser transmitida perfeitamente."
Dito isto, ainda há trabalho a ser feito. Enquanto os pesquisadores foram capazes de criar os gatos "deterministicamente", o que significa que um gato emergia sempre que realizavam seu experimento, nem sempre sobreviviam à curta viagem ao receptor de luz. A ótica é complicada e, às vezes, a luz se apaga antes de chegar lá.
Além disso, uma pessoa razoável pode questionar se esses pulsos de luz realmente contam como gatos de Schrödinger. Eles são certamente objetos clássicos - o que significa que seguem as leis determinísticas de objetos de grande escala - mas os pesquisadores reconheceram no artigo que, em uma escala de apenas quatro fótons, o laser estava à beira da escala macroscópica e quântica; e assim eles poderiam ser considerados macroscópicos apenas sob a mais ampla das definições.
"De fato, poucos fótons não se aproximam de um objeto macroscópico do mundo real", disse Hacker. "O ponto de pulsos ópticos coerentes como os que usamos é que a amplitude pode ser ampliada continuamente sem nenhum limite fundamental".
Em outras palavras, com certeza, esses são alguns gatos pequenos. Mas não há razão para que a mesma idéia básica não possa ser usada para fazer alguns felinos gigantes da Schrödinger.
Mas os pesquisadores estavam confiantes em usar o termo, e "estado ótico dos gatos voadores" tem um toque a ele.
