Pode haver uma maneira de dar um pico no gato de Schrödinger - o famoso experimento mental baseado em felinos que descreve o comportamento misterioso das partículas subatômicas - sem matar permanentemente o animal (hipotético).
O infeliz gato imaginário está simultaneamente vivo e morto dentro de uma caixa, ou existe em uma superposição de estados "mortos" e "vivos", assim como partículas subatômicas existem em uma superposição de muitos estados ao mesmo tempo. Mas olhar para dentro da caixa muda o estado do gato, que então se torna vivo ou morto.
Agora, no entanto, um estudo publicado em 1º de outubro no New Journal of Physics descreve uma maneira de espiar o gato potencialmente sem forçá-lo a viver ou morrer. Ao fazer isso, avança a compreensão dos cientistas de um dos paradoxos mais fundamentais da física.
Em nosso mundo comum e de larga escala, olhar para um objeto não parece mudá-lo. Mas amplie o suficiente, e esse não é o caso.
"Normalmente pensamos que o preço que pagamos pela aparência não é nada", disse o autor principal do estudo, Holger F. Hofmann, professor associado de física da Universidade de Hiroshima, no Japão. "Isso não está correto. Para olhar, você precisa ter luz, e a luz muda o objeto." Isso ocorre porque mesmo um único fóton de luz transfere energia para longe ou para o objeto que você está vendo.
Hofmann e Kartik Patekar, que era estudante visitante na Universidade de Hiroshima na época e agora trabalha no Instituto Indiano de Tecnologia de Bombaim, se perguntavam se havia uma maneira de procurar sem "pagar o preço". Eles pousaram em uma estrutura matemática que separa a interação inicial (olhando para o gato) da leitura (sabendo se está vivo ou morto).
"Nossa principal motivação era olhar com muito cuidado a maneira como uma medição quântica acontece", disse Hofmann. "E o ponto principal é que separamos a medição em duas etapas".
Ao fazer isso, Hoffman e Patekar podem assumir que todos os fótons envolvidos na interação inicial, ou espiar o gato, são capturados sem perder nenhuma informação sobre o estado do gato. Portanto, antes da leitura, tudo o que há para saber sobre o estado do gato (e sobre e como ele o mudou) ainda está disponível. É somente quando lemos as informações que perdemos algumas delas.
"O interessante é que o processo de leitura seleciona um dos dois tipos de informação e apaga completamente o outro", disse Hofmann.
Veja como eles descreveram seu trabalho em termos de gato de Schrödinger. Digamos que o gato ainda esteja na caixa, mas, em vez de olhar para dentro para determinar se o gato está vivo ou morto, você configura uma câmera fora da caixa que, de alguma forma, pode tirar uma foto dentro dela (por causa do experimento mental, ignore o fato de que as câmeras físicas não funcionam realmente assim). Depois que a foto é tirada, a câmera possui dois tipos de informações: como o gato mudou como resultado da foto (o que os pesquisadores chamam de etiqueta quântica) e se o gato está vivo ou morto após a interação. Nenhuma dessas informações foi perdida ainda. E, dependendo de como você escolhe "desenvolver" a imagem, recupera uma ou outra informação.
Pense em um lançamento de moeda, Hofmann disse à Live Science. Você pode optar por saber se uma moeda foi lançada ou se atualmente é cara ou coroa. Mas você não pode conhecer os dois. Além disso, se você sabe como um sistema quântico foi alterado e se essa mudança é reversível, é possível restaurar seu estado inicial. (No caso da moeda, você a jogaria de volta.)
"Você sempre precisa perturbar o sistema primeiro, mas às vezes pode desfazê-lo", disse Hofmann. Em termos de gato, isso significaria tirar uma foto, mas em vez de desenvolvê-lo para vê-lo claramente, desenvolvê-lo de forma a restaurar o gato de volta ao seu estado de morto-vivo.
Fundamentalmente, a escolha da leitura vem com uma troca entre a resolução da medição e sua perturbação, que são exatamente iguais, demonstra o artigo. A resolução refere-se à quantidade de informação extraída do sistema quântico e a perturbação refere-se ao quanto o sistema é irreversivelmente alterado. Em outras palavras, quanto mais você souber sobre o estado atual do gato, mais o alterará irremediavelmente.
"O que eu achei surpreendente é que a capacidade de desfazer o distúrbio está diretamente relacionada à quantidade de informações que você obtém sobre o observável" ou a quantidade física que eles estão medindo, disse Hofmann. "A matemática é bem exata aqui".
Embora o trabalho anterior tenha apontado para uma troca entre resolução e perturbação em uma medição quântica, este artigo é o primeiro a quantificar a relação exata, disse Michael Hall, físico teórico da Australian National University, ao Live Science em um email.
"Até onde eu sei, nenhum resultado anterior tem a forma de uma igualdade exata em relação à resolução e perturbação", disse Hall, que não estava envolvido no estudo. "Isso torna a abordagem no artigo muito clara".
