O resultado do experimento pode ser resumido em um GIF animado que mostra o que acontece com o estado quântico do íon durante aquele milionésimo de segundo. O estado pode ser visualizado por meio de um quadro tridimensional. As alturas das barras indicam o grau de sobreposição dos possíveis estados quânticos. O filme mostra como durante a medição algumas das sobreposições são perdidas - e como essa perda é gradual - enquanto outras são preservadas como deveriam em uma medição quântica ideal. Crédito:F. Pokorny et al., "Rastreando a dinâmica de uma medição quântica ideal, " Cartas de revisão física 2020
Medir um sistema quântico faz com que ele mude - um dos aspectos estranhos, mas fundamentais da mecânica quântica. Pesquisadores da Universidade de Estocolmo agora podem demonstrar como essa mudança acontece. Os resultados são publicados na revista científica Cartas de revisão física .
A física quântica descreve o mundo interno dos átomos individuais, um mundo muito diferente de nossa experiência cotidiana. Um dos muitos aspectos estranhos, mas fundamentais da mecânica quântica é o papel do observador - medir o estado de um sistema quântico faz com que ele mude. Apesar da importância do processo de medição dentro da teoria, ele ainda contém perguntas sem resposta:um estado quântico entra em colapso instantaneamente durante uma medição? Se não, quanto tempo leva o processo de medição e qual é o estado quântico do sistema em qualquer etapa intermediária?
Uma colaboração de pesquisadores da Suécia, A Alemanha e a Espanha responderam a essas perguntas usando um único átomo - um íon estrôncio preso em um campo elétrico. A medição do íon dura apenas um milionésimo de segundo. Ao produzir um "filme" composto por fotos tiradas em momentos diferentes da medição, mostraram que a mudança de estado ocorre gradativamente sob a influência da medição.
Os átomos seguem as leis da mecânica quântica, que freqüentemente contradizem nossas expectativas normais. O estado quântico interno de um átomo é formado pelo estado dos elétrons circulando em torno do núcleo atômico. O elétron pode circular em torno do núcleo em uma órbita próxima ou mais distante. Mecânica quântica, Contudo, também permite os chamados estados de superposição, onde o elétron ocupa ambas as órbitas ao mesmo tempo, mas cada órbita apenas com alguma probabilidade.
"Cada vez que medimos a órbita do elétron, a resposta da medição será que o elétron estava em uma órbita inferior ou superior, nunca algo intermediário. Isso é verdade mesmo quando o estado quântico inicial era uma superposição de ambas as possibilidades. A medição, de certa forma, força o elétron a decidir em qual dos dois estados ele está, "diz Fabian Pokorny, pesquisador do Departamento de Física, Universidade de Estocolmo.
O "filme" mostra a evolução durante o processo de medição. As imagens individuais mostram dados tomográficos onde a altura das barras revela o grau de sobreposição que ainda está preservado. Durante a medição, algumas das superposições são perdidas - e essa perda acontece gradualmente - enquanto outras são preservadas como deveriam ser para uma medição quântica ideal.
"Essas descobertas lançam uma nova luz sobre o funcionamento interno da natureza e são consistentes com as previsões da física quântica moderna, "diz Markus Hennrich, líder do grupo da equipe em Estocolmo.
Esses resultados também são importantes além da teoria quântica fundamental. A medição quântica é uma parte essencial dos computadores quânticos. O grupo da Universidade de Estocolmo está trabalhando em computadores baseados em íons aprisionados, onde as medições são usadas para ler o resultado no final de um cálculo quântico.
