Um antigo experimento mental agora aparece sob uma nova luz. Em 1935, Erwin Schrödinger formulou um experimento mental projetado para capturar a natureza paradoxal da física quântica. Um grupo de pesquisadores liderado por Gerhard Rempe, Diretor do Departamento de Quantum Dynamics do Max Planck Institute of Quantum Optics, agora realizou uma versão óptica do experimento mental de Schrödinger em laboratório. Neste caso, pulsos de luz laser desempenham o papel do gato. As percepções obtidas com o projeto abrem novas perspectivas para um controle aprimorado dos estados ópticos, que pode no futuro ser usado para comunicações quânticas.

"De acordo com a ideia de Schrödinger, é possível para uma partícula microscópica, como um único átomo, existir em dois estados diferentes ao mesmo tempo. Isso é chamado de superposição. Além disso, quando tal partícula interage com um objeto macroscópico, eles podem se tornar 'enredados', e o objeto macroscópico pode terminar em estado de superposição. Schrödinger propôs o exemplo de um gato, que pode estar vivo e morto, dependendo se um átomo radioativo decaiu ou não - uma noção que está em conflito óbvio com nossa experiência cotidiana, "Professor Rempe explica.

A fim de realizar este experimento gedanken filosófico em laboratório, os físicos se voltaram para vários sistemas de modelos. O que foi implementado nesta instância segue um esquema proposto pelos teóricos Wang e Duan em 2005. Aqui, a superposição de dois estados de um pulso óptico serve como o gato. As técnicas experimentais necessárias para implementar esta proposta - em particular um ressonador óptico - foram desenvolvidas no grupo de Rempe ao longo dos últimos anos.

Um teste para o escopo da mecânica quântica

Os pesquisadores envolvidos no projeto estavam inicialmente céticos quanto à possibilidade de gerar e detectar com segurança esses estados de gato emaranhados mecanicamente quânticos com a tecnologia disponível. A maior dificuldade residia na necessidade de minimizar as perdas ópticas em seu experimento. Uma vez que isso foi alcançado, todas as medições confirmam a previsão de Schrödinger. O experimento permite aos cientistas explorar o escopo de aplicação da mecânica quântica e desenvolver novas técnicas de comunicação quântica.

O laboratório do Instituto Max Planck em Garching está equipado com todas as ferramentas necessárias para realizar experimentos de última geração em óptica quântica. Uma câmara de vácuo e lasers de alta precisão são usados ​​para isolar um único átomo e manipular seu estado. No centro da configuração está um ressonador óptico, consistindo em dois espelhos separados por uma fenda de apenas 0,5 mm de largura, onde um átomo pode ser preso. Um pulso de laser é alimentado no ressonador e refletido, e assim interage com o átomo. Como resultado, a luz refletida fica emaranhada com o átomo. Ao realizar uma medição adequada no átomo, o pulso óptico pode ser preparado em um estado de superposição, assim como o gato de Schrödinger. Uma característica especial do experimento é que os estados emaranhados podem ser gerados deterministicamente. Em outras palavras, um estado de gato é produzido em cada tentativa.

"Conseguimos gerar estados de gato óptico voador, e demonstrou que eles se comportam de acordo com as previsões da mecânica quântica. Essas descobertas provam que nosso método para criar estados de gato funciona, e nos permitiu explorar os parâmetros essenciais, "diz o estudante de doutorado Stephan Welte.

Todo um zoológico de estados para a comunicação quântica futura

"Em nossa configuração experimental, conseguimos não apenas criar um estado de gato específico, mas arbitrariamente muitos desses estados com diferentes fases de superposição - um zoológico inteiro, por assim dizer. Esta capacidade pode, no futuro, ser utilizada para codificar informações quânticas, "adiciona Bastian Hacker.

"O gato de Schrödinger foi originalmente encerrado em uma caixa para evitar qualquer interação com o ambiente. Nossos estados de gato óptico não estão encerrados em uma caixa. Eles se propagam livremente no espaço. No entanto, permanecem isolados do ambiente e retêm suas propriedades por longas distâncias. no futuro, poderíamos usar essa tecnologia para construir redes quânticas, em que os estados do gato óptico voador transmitem informações, ", diz Gerhard Rempe. Isso destaca a importância da mais recente conquista de seu grupo.