Idealizado pelo físico austríaco Erwin Schrodinger (1887-1961), esse experimento busca ilustrar o fenômeno da superposição quântica, no qual uma partícula pode estar simultaneamente em dois estados diferentes até que uma medição seja feita, determinando qual deles será “real”. No caso do gato, isso significa que ele pode estar tanto vivo quanto morto ao mesmo tempo, e sua condição só será revelada quando alguém abrir a caixa, ou seja, quando uma medição for realizada.
Embora o experimento seja apenas teórico, os melhores experimentos até agora mantiveram o estado de superposição por frações de segundo. No entanto, uma nova conquista de cientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, liderada por Yang Yang, mudou esse cenário. Eles conseguiram criar uma versão do gato de Schrodinger que permaneceu em seu estado indeciso entre a vida e a morte por impressionantes 23,3 segundos.
Esse avanço abre novas possibilidades para a física quântica aplicada, principalmente no desenvolvimento de sensores e sistemas de medição quântica. Na metrologia quântica, a “indecisão” das partículas pode ser usada para medir com alta precisão fenômenos como campos magnéticos e inércia, além de potencialmente explorar novas áreas da física além do Modelo Padrão.
O Gato de Schrodinger mais duradouro
Pesquisas recentes com estados tipo gato de Schrodinger, baseados em alto spin, estão revolucionando a medição quântica. Esses estados envolvem uma superposição de dois estados de spin opostos e distantes, com um momento angular total próximo do valor máximo, oferecendo vantagens consideráveis para aplicações práticas.
Esses estados possuem um número quântico de spin elevado, o que amplifica o sinal de precessão, tornando as medições mais precisas. Além disso, são menos suscetíveis a interferências ambientais, reduzindo o ruído da medição. No entanto, um dos maiores desafios técnicos era alcançar tempos de coerência suficientemente longos para aproveitar esses benefícios.
Para superar esse obstáculo, a equipe de cientistas capturou átomos de itérbio (173Yb) com spin 5/2 em uma rede óptica. Ao controlar pulsos de laser para induzir mudanças não lineares nos estados fundamentais dos átomos, conseguiram criar um estado de superposição composto por duas projeções de spin: +5/2 e -5/2.
Esse estado, conhecido como o gato de Schrodinger, demonstra uma sensibilidade robusta ao campo magnético e mudanças idênticas de luz na rede óptica. O mais impressionante é que esse estado reside em um subespaço livre de decoerência, tornando-o imune a ruídos e variações espaciais da rede.
O mais notável, porém, é que os experimentos revelaram que o tempo de coerência desse estado de gato superou 20 minutos (1.400 segundos). Esse é, até o momento, o gato de Schrodinger que conseguiu manter sua “indecisão” entre a vida e a morte por mais tempo na história da física quântica.
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