Os físicos aprenderam como podem criar gatos Schrödinger em óptica. Os cientistas testaram um método que poderia potencialmente amplificar superposições de estados clássicos de luz além dos limites microscópicos e ajudar a determinar as fronteiras entre os mundos quântico e clássico.

O bolsista do CIFAR Quantum Information Science Alexander Lvovsky liderou a equipe do Russian Quantum Center e cientistas da Universidade de Calgary que testou um método que poderia potencialmente amplificar superposições de estados clássicos de luz além dos limites microscópicos e ajudar a determinar as fronteiras entre os mundos quântico e clássico.

O estudo foi publicado hoje em Nature Photonics .

Em 1935, O físico alemão Erwin Schrödinger propôs um experimento mental onde um gato, escondido do observador, está em uma superposição de dois estados:estava vivo e morto. O gato de Schrödinger pretendia mostrar como o mundo macroscópico que vemos é radicalmente diferente do mundo microscópico governado pelas leis da física quântica.

Contudo, o desenvolvimento de tecnologias quânticas torna possível criar estados quânticos cada vez mais complexos, e o experimento mental de Schrödinger não parece mais tão fora de alcance.

"Uma das questões fundamentais da física é a fronteira entre os mundos quântico e clássico. Os fenômenos quânticos podem, desde condições ideais, ser observada em objetos macroscópicos? A teoria não responde a essa pergunta - talvez não exista tal limite. O que precisamos é de uma ferramenta que irá sondá-lo, "diz Lvovsky, que é professor da Universidade de Calgary e chefe do Laboratório de Óptica Quântica do Centro Quantum Russo, onde o experimento foi realizado.

Exatamente essa ferramenta é fornecida pelo análogo físico do gato de Schrödinger - um objeto em uma superposição quântica de dois estados com propriedades opostas. Na ótica, esta é uma superposição de duas ondas de luz coerentes onde os campos das ondas eletromagnéticas apontam em duas direções opostas ao mesmo tempo. Até agora, experimentos só poderiam obter tais superposições em pequenas amplitudes que limitam seu uso. O grupo Lvovsky realizou o procedimento de "criação" de tais estados, o que permite obter "gatos" ópticos de maiores amplitudes com maior sucesso.

A co-autora e estudante de pós-graduação da Universidade de Calgary, Anastasia Pushkina, explica:"A ideia do experimento foi proposta em 2003 pelo grupo do Professor Timothy Ralph, da Universidade de Queensland, Austrália. Em essência, causamos interferência de dois "gatos" em um divisor de feixe. Isso leva a um estado emaranhado nos dois canais de saída desse divisor de feixe. Em um desses canais, um detector especial é colocado. Caso este detector mostre um determinado resultado, um "gato" nasce na segunda saída cuja energia é mais que o dobro da inicial. "

O grupo Lvovsky testou esse método no laboratório. No experimento, eles converteram com sucesso um par de "gatos Schrodinger" comprimidos negativos de amplitude 1,15 em um único "gato" positivo de amplitude 1,85. Eles geraram vários milhares desses "gatos" aumentados em seu experimento.

“É importante que o procedimento possa ser repetido:novos 'gatos' podem, por sua vez, ser sobreposto em um divisor de feixe, produzindo um com energia ainda maior, e assim por diante. Assim, é possível ultrapassar os limites do mundo quântico passo a passo, e, eventualmente, entender se tem um limite, "diz o primeiro autor do estudo, um estudante graduado do Russian Quantum Center e da Moscow State Pedagogical University, Demid Sychev.

Esses "gatos Schrodinger" macroscópicos teriam aplicações na comunicação quântica, teletransporte e criptografia.