Saltos quânticos são reais – e agora nós podemos controlá-los

Por Leah Guindaste

Por mais de um século, os físicos tendo sido remo sobre a verdadeira natureza de um salto quântico. Agora há uma resposta, e na verdadeira forma quântica, todos estavam um pouco corretos.

a frase “salto quântico” tem dado um pouco de pancada ao longo das últimas décadas – para muitas pessoas ele vai chamar a mente um cliché para mudanças maciças, ou o programa de TV sci-fi estrelado por Scott Bakula. Ele realmente descreve um dos princípios centrais da física quântica: que os átomos têm níveis discretos de energia, e os elétrons dentro de um átomo podem saltar de um nível de energia para o próximo, mas não podem ser observados entre esses níveis específicos.

Titãs da física, incluindo Niels Bohr, que introduziu a idéia em 1913, Erwin Schrödinger, e Albert Einstein entraram em confronto sobre as especificidades destes saltos – também conhecido como quantum jumps – especialmente se eles foram instantânea e se o seu timing foi aleatória.

Now, Zlatko Minev at Yale University and his colleagues have settled the debate. “Se ampliarmos para uma escala muito fina, o salto não é instantâneo nem totalmente aleatório como pensávamos que era”, diz Minev.

Os pesquisadores alcançado através da construção de um supercondutor circuito elétrico com o quantum de comportamento que torna um análogo ao átomo com três níveis de energia: o estado fundamental, que é o átomo do estado padrão, uma “brilhante” estado ligado para o estado fundamental, e um “escuro”, estado em que o átomo pode saltar.Eles dispararam um feixe de microondas no átomo artificial para injetar energia no sistema. Geralmente, o átomo estava saltando rapidamente entre o estado do solo e o estado brilhante, emitindo um fóton cada vez que ele pulava de brilhante para o chão. Mas se o átomo absorvesse um fóton de energia superior do feixe, saltaria para o estado escuro. O estado escuro era mais estável do que o brilhante estado, então o átomo ficaria lá por mais tempo sem emitir nenhum fotão.

a partir destes sinais, os pesquisadores foram capazes de dizer quando um salto quântico tinha começado, Procurando um flash de luz do estado brilhante seguido por uma calmaria à medida que o átomo saltava para o estado escuro. O Minev compara-o a prever uma erupção vulcânica. “É um fenômeno Aleatório, ninguém pode prever quando ocorrerá a próxima erupção vulcânica, no entanto, antes da próxima erupção ocorrer, há certos sinais no solo que podemos detectar e usar como aviso”, diz ele.

a luz do átomo é equivalente aos sinais de aviso sísmico. Em escalas de tempo mais longas, é impossível prever quando o próximo salto ocorrerá, como Bohr pensou – mas em escalas de tempo mais curtas de apenas alguns microssegundos, eles são.

“O fato de que tal um salto qualitativo foi visto em um circuito supercondutor em vez de um átomo é um indicativo do fato de que nós podemos controlar este circuito supercondutor em formas que não podemos controlar, natural de átomos”, diz William Oliver no Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Devemos um dia ser capazes de fazer a mesma coisa com átomos reais, diz ele.

Esse controle permitiu que a equipe fizesse algo que Bohr e seus contemporâneos teria considerado impossível – controle de um salto quântico.Se, logo após o salto ter começado, os pesquisadores atingissem o átomo com um pulso elétrico, eles poderiam interceptá – lo e enviar o átomo de volta ao estado do solo-algo que não teria sido possível se saltos quânticos fossem realmente instantâneos e aleatórios. Em vez disso, eles descobriram que os saltos tomaram o mesmo caminho entre os dois níveis de energia de cada vez, por isso foi fácil prever como fazê-los saltar de volta.

isto mostra que, como Schrödinger insistiu, os saltos quânticos não são instantâneos – eles realmente levam cerca de quatro microssegundos. “De certa forma, os saltos não são saltos”, diz Minev. “Se você olhar para essas características mais finas, você pode fazer coisas que talvez você pensou que não poderia fazer por causa dessas pequenas janelas de previsibilidade.”

isto pode eventualmente ser útil para corrigir erros na computação quântica, diz Minev. Um salto quântico inesperado pode marcar um erro nos cálculos, e este método pode permitir que os pesquisadores localizem o início do salto e contabilizem o erro, ou mesmo revertê-lo a meio do Salto. “Este é um resultado científico muito importante, e sua relevância para os computadores quânticos do futuro vai depender de como os computadores quânticos do futuro se parecem”, diz Oliver.