O efeito quântico do gato Cheshire recebeu o nome do fictício Gato Cheshire da história de Alice no País das Maravilhas. Aquele gato conseguiu desaparecer, deixando apenas seu sorriso para trás.



Da mesma forma, num artigo de 2013, os investigadores afirmaram que as partículas quânticas são capazes de se separar das suas propriedades, com as propriedades viajando ao longo de caminhos que a partícula não consegue. Eles chamaram isso de efeito quântico do gato de Cheshire. Desde então, os pesquisadores alegaram estender isso ainda mais, trocando propriedades desencarnadas entre partículas, desincorporando múltiplas propriedades simultaneamente e até mesmo "separando a dualidade onda-partícula" de uma partícula.

No entanto, pesquisas recentes publicadas no New Journal of Physics , mostra que esses experimentos não mostram realmente as partículas se separando de suas propriedades, mas, em vez disso, exibem outra característica contra-intuitiva da mecânica quântica – a contextualidade.

A mecânica quântica é o estudo do comportamento da luz e da matéria nas escalas atômica e subatômica. Por sua natureza, a mecânica quântica é contra-intuitiva. A equipe de pesquisa decidiu compreender fundamentalmente essa natureza contra-intuitiva enquanto explorava os benefícios práticos.

“A maioria das pessoas sabe que a mecânica quântica é estranha, mas identificar o que causa essa estranheza ainda é uma área ativa de pesquisa. Ela foi lentamente formalizada em uma noção chamada contextualidade – que os sistemas quânticos mudam dependendo das medições que você faz neles”, disse Jonte Hance, pesquisador da Universidade de Hiroshima e da Universidade de Bristol.

Uma sequência de medições em um sistema quântico produzirá resultados diferentes dependendo da ordem em que as medições são feitas. Por exemplo, se medirmos onde está uma partícula e depois a que velocidade se desloca, isso dará resultados diferentes da medição inicial da rapidez com que se desloca e depois onde se encontra.

Devido a esta contextualidade, os sistemas quânticos podem ser medidos como tendo propriedades que esperaríamos que fossem mutuamente incompatíveis. “No entanto, ainda não entendemos realmente o que causa isso, então é isso que queríamos investigar, usando o cenário quântico paradoxal do gato de Cheshire como base de teste”, disse Hance.

A equipe observa que o problema com o paradoxo quântico do gato de Cheshire é que sua afirmação original, de que a partícula e sua propriedade, como spin ou polarização, se separam e viajam por caminhos diferentes, talvez uma representação enganosa da física real da situação.

“Queremos corrigir isso mostrando que resultados diferentes são obtidos se um sistema quântico for medido de maneiras diferentes e que a interpretação original do gato de Cheshire quântico só acontece se você combinar os resultados dessas diferentes medições de uma maneira muito específica, e ignorar esta mudança relacionada à medição", disse Holger Hofmann, professor da Universidade de Hiroshima.

A equipe analisou o protocolo do gato de Cheshire examinando a relação entre três medições diferentes em relação ao caminho e à polarização de um fóton dentro do protocolo quântico do gato de Cheshire. Isto teria resultado numa contradição lógica se o sistema não fosse contextual.

O seu artigo discute como este comportamento contextual está ligado a valores fracos e às coerências entre estados proibidos. Seu trabalho mostrou que, em vez de uma propriedade da partícula ser desencarnada, o gato quântico de Cheshire demonstra os efeitos dessas coerências, normalmente encontradas em sistemas pré e pós-selecionados.

Olhando para o futuro, a equipe quer expandir esta pesquisa, encontrar uma maneira de unificar os efeitos quânticos paradoxais como manifestações de contextualidade e explicar como e por que as medições mudam os sistemas quânticos.

"Isso não apenas nos ajudará a explicar finalmente por que a mecânica quântica é tão contra-intuitiva, mas também nos ajudará a desenvolver maneiras de usar essa estranheza para fins práticos. Dado que a contextualidade está inerentemente ligada a cenários com uma vantagem quântica sobre as soluções clássicas para um determinado problema, somente compreendendo a contextualidade seremos capazes de realizar todo o potencial, por exemplo, da computação quântica", disse Hance.

Mais informações: Jonte R Hance et al, Contextualidade, coerências e gatos quânticos de Cheshire, New Journal of Physics (2023). DOI:10.1088/1367-2630/ad0bd4
Fornecido pela Universidade de Hiroshima