Interferência de superposições passando por A e B:apenas um detector detectará um sinal. Crédito:Universidade de Leiden
O gato mais famoso da ciência é o gato de Schrödinger, o mamífero da mecânica quântica, que pode existir em uma superposição, um estado que está vivo e também morto. No momento em que você olha para ele, uma das duas opções é escolhida. Os físicos da Universidade de Leiden simularam um experimento para capturar esse momento misterioso de escolha em flagrante.
Na mecânica quântica, a física dos menores pedaços de matéria, este momento de escolha é chamado de colapso da onda. No jornal Física Status Solidi B , Tom van der Reep, Tjerk Oosterkamp e outros físicos da Universidade de Leiden e da Universidade de Genebra descrevem como eles esperam capturar este momento misterioso usando uma configuração mecânica quântica usando fótons de microondas no papel do gato vivo e morto.
"As superposições são bastante comuns na mecânica quântica, "diz Oosterkamp, 'mas no mundo macroscópico em que vivemos, você nunca os vê. "Um gato está vivo ou morto, não ambos. De acordo com a interpretação amplamente aceita de Copenhague da mecânica quântica, isso ocorre porque a superposição desaparece assim que se faz uma medição no fóton (ou no gato).
Colapso da função de onda
Oosterkamp acrescenta:"Mas em nenhuma parte desta interpretação de Copenhague, é explicado como isso funcionaria. O que exatamente é "uma medida"? Qualquer aparelho de medição consistirá de átomos obedecendo às leis da mecânica quântica, então, o que diferencia o processo de medição? É o tamanho do aparelho de medição? Sua massa? Algo mais? Ninguém sabe. Existem até interpretações em que uma medição só ocorre quando é feita por um observador consciente, ou em que o Universo se dividiria em várias variantes.
Os físicos de Leiden decidiram começar a caça ao colapso da perspectiva de um amplificador o mais simples possível. Eles estão começando com fótons de microondas, uma forma de luz, em uma superposição. Em sua configuração, os fótons seguem a rota A, bem como a rota B.
Essa sobreposição pode ser detectada mesclando as rotas A e B novamente. As partículas vão interferir com elas mesmas, o que significa que eles só serão detectados em uma das duas direções de saída. Quando não há superposição, e, portanto, nenhuma interferência, as partículas sairão em ambas as direções. Até aqui, esta é a tarifa padrão da mecânica quântica, comprovado em muitos experimentos.
Baixas temperaturas
A próxima etapa é apresentar uma medição. "Em cada medição em um sistema mecânico quântico, há um elemento de amplificação, "diz Oosterkamp, 'já que você está traduzindo um pequeno sinal para um maior. Portanto, talvez essa etapa de amplificação constitua a causa do colapso da função de onda. "
Sem interferência:ambos os detectores detectam luz. Crédito:Universidade de Leiden
Assim, os físicos colocam um assim chamado amplificador paramétrico nas rotas A e B de sua configuração. Este é um tipo de amplificador que pode ser bem descrito mecanicamente quântico, que é baseado em um grande número de junções Josephson supercondutoras.
Por esta, uma temperatura ultra-fria de 50 milikelvin é necessária, um vigésimo de grau Celsius acima da temperatura de zero absoluto de -273, 15 graus Celsius. Essas baixas temperaturas também são necessárias para garantir que o desaparecimento da interferência não seja causado apenas pelo calor na configuração.
Em flagrante
A ideia é aumentar lentamente a amplificação, e veja o que acontece com a interferência. Em seu artigo, os físicos descrevem como o colapso da função de onda causaria uma 'diminuição mensurável' da interferência. Portanto, a configuração é uma maneira de pegar o colapso em flagrante.
O que acontecerá quando os fótons forem amplificados? A função de onda entrará em colapso? Crédito:Universidade de Leiden
"Se tivermos sucesso nisso, isso seria ótimo, "diz Oosterkamp." Claro, então você deseja ajustar os parâmetros para ver quais mudanças influenciarão o momento do colapso. Mas nesta peça, mostramos que isso pode ser feito. "
Computadores quânticos
O papel era um exercício de cálculo, a configuração agora está sendo construída. O grupo de Oosterkamp tem as máquinas de resfriamento certas para executar os experimentos, mas será um trabalho árduo desenvolver os amplificadores paramétricos necessários que combinam uma amplificação alta com uma produção de calor muito baixa.
O experimento é uma cooperação com o colega Alessandro Bruno, que fundou a empresa QuantWare, que produz esses amplificadores para futuros computadores quânticos. "Esperançosamente, testes mostrarão que os amplificadores permanecem frios o suficiente, "diz Oosterkamp." Então, podemos realmente esperar realizar esses experimentos. "
