A física quântica diz que partículas atômicas se comportam de maneira imprevisível e que, quando não se conhece o seu estado energético, deve-se assumir que elas estão em todos os estados possíveis ao mesmo tempo. Esse é um paradoxo quântico que cientistas não conseguiram solucionar ao longo dos séculos. Agora, pesquisadores da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, descobriram uma forma de prever o comportamento desses elementos, o que também pode contribuir para a evolução da computação quântica.

O paradoxo chama-se superposição quântica, isto é, quando uma partícula se encontra em mais de um estado simultaneamente. Para demonstrá-lo, o físico austríaco Erwin Schrödinger descreveu, em 1935, o famoso experimento mental conhecido como o “gato de Schrödinger” (se você não se lembra, ele ficou bem famoso em The Big Bang Theory, para definir o início do relacionamento entre Leonard e Penny). Ele funciona assim: um gato é colocado em uma caixa fechada junto com uma substância radioativa, um medidor Geiger e um frasco com veneno. Se o medidor detectar decaimento radioativo da substância, ele quebra o frasco de veneno com um martelo, que mata o animal. Mas, não é permitido olhar dentro da caixa, logo é impossível saber qual o estado físico do bichano. Por isso, considera-se que o gato está vivo e morto ao mesmo tempo até que alguém abra a caixa, momento chamado ponto de observação.

É o que ocorre com partículas em nível quântico. Uma vez observado, o átomo se ajusta aleatória e imediatamente em um ou outro estado. Essa transição, conhecida como salto quântico, foi o que os cientistas conseguiram não só prever, mas também manipular e determinar o resultado.

A pesquisa com o experimento foi publicada nesta segunda-feira (3) na renomada revista científica Nature. Para prever o salto quântico, cientistas utilizaram átomos artificiais chamados qubits, mesmas partículas que constituem a infraestrutura básica de informação em computadores quânticos. O sistema criado segue as regras da física quântica.

Os pesquisadores aplicam dois sinais de microondas especialmente sintonizados. Um sinal fornece a quantidade certa de energia para o átomo transitar entre o estado fundamental e o estado excitado, enquanto o outro sinal indiretamente mede a energia do circuito durante esta transição.

Os detectores medem um sinal luminoso de fóton piscando (reflexos do segundo pulso de microondas), quando o átomo artificial está no estado fundamental. Quando seu átomo está no estado excitado, os pesquisadores não observam flashes. Os detectores sensíveis foram capazes de medir até o último fóton, até o sinal se apagar, o que significa que a transição estava prestes a ocorrer. Quando os pesquisadores enviaram outro pulso no momento certo, eles conseguiram parar e reverter a transição.

Com isso, os pesquisadores detectaram o momento imediato antes do salto entre os estados. Não puderam prever o dia e a hora exatos da transição. Mesmo assim, a experiência mostra que essa passagem não é totalmente previsível e pode ser monitorada. Isso é um essencial ponto de partida para um processo de controle da atividade atômica em nível quântico.

“Nosso experimento mostra que há mais na história de como a mecânica quântica funciona “, disse o autor do estudo, Zlatko Minev, ao Gizmodo. Minev também é pesquisador do Centro de Pesquisa Thomas J. Watson da IBM, empresa norte-americana de informática.

Além de impactar os estudos da física quântica, cientistas explicam que a descoberta tem implicações importantes para melhorar a tecnologia da computação quântica. Esses computadores se baseiam nas regras da mecânica quântica e, atualmente, são rudimentares e podem sucumbir a erros aleatórios. 

Com o nível de previsão encontrado, somado a mais pesquisas sobre os saltos atômicos, pode-se detectar antecipadamente os erros de modo a corrigi-los e desenvolver técnicas para evitá-los.