2131: Físicos descobriram uma forma de salvar o gato de Schrödinger

CIÊNCIA

oliviermartins / Flickr

Investigadores da Universidade de Yale, nos EUA, descobriram como capturar o famoso gato de Schrödinger, um símbolo de super-posição quântica, antecipando os seus saltos e agindo em tempo real para “salvá-lo”.

A descoberta, que anula anos de dogma fundamental na física quântica, permite que os investigadores criem um sistema de alerta antecipado para saltos iminentes de átomos artificiais que contêm informações quânticas. Um estudo que anuncia a descoberta foi publicado na edição online da revista Nature.

O gato de Schrödinger é um paradoxo bem conhecido que é usado para ilustrar o conceito de super-posição, a capacidade de existir dois estados opostos simultaneamente, e a imprevisibilidade da física quântica. A ideia é que um gato seja colocado numa caixa selada com uma fonte radioactiva e um veneno que será activado se um átomo da substância radioactiva se desintegrar.

A teoria da super-posição da física quântica sugere que, até que alguém abra a caixa, o gato está vivo e morto, uma super-posição de estados. Abrindo a caixa para observar o gato muda abruptamente o seu estado quântico aleatoriamente, forçando-o a estar vivo ou morto. O salto quântico é a mudança discreta, não contínua e aleatória no estado quando observada.

‘No Matter’ Project / Flickr
O Gato de Schrödinger, que está vivo e morto enquanto está dentro da caixa, é um dos paradigmas da Mecânica Quântica

A experiência, realizada no laboratório de Michel Devoret e do autor principal Zlatko Minev, assemelha-se pela primeira vez ao funcionamento real de um salto quântico. Os resultados revelam uma descoberta surpreendente que contradiz a opinião estabelecida do físico dinamarquês Niels Bohr: os saltos não são abruptos ou tão aleatórios quanto se pensava anteriormente.

Para um pequeno objecto tal como um electrão, uma molécula ou átomo que contém informação quântica artificial do salto quântico é a transição súbita de um dos seus estados de outra energia discretos. No desenvolvimento de computadores quânticos, os investigadores devem lidar com os saltos dos qbits, que são as manifestações dos erros nos cálculos.

Os enigmáticos saltos quânticos foram teorizados por Bohr há um século, mas não foram observados até a década de 1980, em átomos. “Estes saltos ocorrem sempre que medimos um qbit. Sabe-se que saltos quânticos são imprevisíveis a longo prazo. Apesar disso, queríamos saber se seria possível obter um aviso antecipado de que um salto está prestes a acontecer em breve”, explicou em comunicado Devoret.

Minev observou que a experiência foi inspirada por uma previsão teórica de Howard Carmichael, da Universidade de Auckland, pioneiro da teoria da trajectória quântica e co-autor do estudo. Além do seu impacto fundamental, a descoberta é um avanço em potencial no entendimento e controle da informação quântica. Cientistas dizem que a gestão confiável de dados quânticos e a correcção de erros, à medida que ocorrem, é um desafio-chave em no desenvolvimento de computadores quânticos completamente úteis.

A equipa de Yale usou uma abordagem especial para monitorizar indirectamente um átomo artificial supercondutor, com três geradores de micro-ondas que irradiam o átomo contido numa cavidade 3D feita de alumínio. O método de monitorização duplamente indirecto, desenvolvido pela Minev para circuitos super-condutores, permite aos físicos observar o átomo com eficiência sem precedentes.

A radiação de micro-ondas agita o átomo artificial à medida que é observado simultaneamente, resultando em saltos quânticos. O pequeno sinal quântico dos saltos pode ser amplificado sem perder a temperatura ambiente. Aqui, o sinal pode ser monitorizado em tempo real. Isso permitiu aos investigadores ver uma súbita ausência de fotões de detecção. Esta pequena ausência é a advertência antecipada de um salto quântico.

(CC0/PD) geralt / pixabay

“O efeito mostrado por esta experiência é o aumento da coerência durante o salto, apesar da sua observação”, assinala Devoret e Minev. É possível também reverter os saltos e este é um ponto crucial, de acordo com os investigadores. Enquanto os saltos quânticos aparecem discretos e aleatórios a longo prazo, reverter um salto quântico significa que a evolução do estado quântico tem, em parte, um carácter determinado e não aleatório. O salto ocorre da mesma maneira previsível do seu ponto de partida aleatório.

“Os saltos quânticos de um átomo são um pouco análogos à erupção de um vulcão, são completamente imprevisíveis a longo prazo, mas com a supervisão correta podemos detectar um aviso antecipado de um desastre iminente e agir antes de acontecer”.

ZAP //

Por ZAP
7 Junho, 2019



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1744: A Física diz que nunca tocamos realmente num objecto

CIÊNCIA

(PPD/C0) PublicDomainPictures / Pixabay

Se está, neste momento, com o telemóvel na mão ou a tocar no seu computador para conseguir ler esta notícia, desengane-se: segundo a Física, não está a tocar em nada.

Tudo o que conseguimos ver, tocar e até “sentir” é composto por átomos – partes muito pequenas da matéria. A Física Quântica, o campo que estuda os átomos, dá-nos muitas coisas para pensar sobre o mundo ao nosso redor, principalmente actividades que ocorrem em escala atómica.

No dia-a-dia, pode parecer que o mundo atómico não é particularmente relevante. No entanto, é fundamental para entender o Universo – nunca conseguiremos entender como funcionam as coisas grandes sem conhecermos os prós e os contras das coisas pequenas, explica o Futurism.

Desta forma, para entender por que motivo nunca tocamos em nada, precisamos primeiro de entender como funcionam os electrões.

À semelhança dos fotões, esta partícula subatómica exibe a dualidade onda-partícula. Isto significa que o electrão tem características tanto de uma partícula, quanto de uma onda. Além disso, o electrão tem carga negativa. Como as partículas são atraídas por partículas com carga oposta e repelem partículas com carga similar, isso evita que os electrões entrem em contacto directo.

O mesmo é válido para toda a humanidade. Quando nos sentamos numa cadeira, os electrões dentro do nosso corpo repelem os electrões que compõem a cadeira – na prática, estamos apenas a pairar sobre a cadeira, ainda que a uma distância muito, muito, muito pequena.

Mas se a repulsão electrónica nos impede realmente de tocar em algo, por que sentimos o toque como uma coisa real? A resposta resume-se à forma como o cérebro interpreta o mundo físico (e, neste caso, entram vários factores em acção).

As células nervosas que compõem o nosso corpo enviam sinais ao nosso cérebro que nos dizem que estamos a tocar em algum objeto físico, quando a sensação de tacto é simplesmente concedida através da interacção do nosso electrão com a repulsa do campo electromagnético que permeia o espaço-tempo.

Não é por acaso que é uma verdade científica fundamental que as coisas não são como parecem ou, pelo menos, como as percebemos.

ZAP //

Por ZAP
21 Março, 2019

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1730: A realidade não é objectiva (e a física quântica prova-o pela primeira vez)

drainrat / Flickr

A física quântica acaba de comprovar aquilo que não passava da teoria: a realidade não é objectiva. Sob certas condições, duas pessoas podem observar o mesmo evento e ver duas coisas diferentes a acontecer. Sim, ambas estão corretas.

Físicos da Heriot-Watt University, na Escócia, demonstraram pela primeira vez como duas pessoas podem viver diferentes realidades recriando uma clássica experiência mental da física quântica. O artigo científico está disponível no arquivo arXiv.

A experiência em questão envolve duas pessoas que observam o mesmo fotão – a menor unidade quantificável de luz que pode agir como uma partícula ou uma onda sob diferentes condições.

Na verdade, o fotão pode comportar-se das duas formas. No entanto, até ao momento em que alguém o observa para determinar qual delas é que adoptou, diz-se que o fotão existe em super-posição – ou seja, ambas as condições são verdadeiras ao mesmo tempo.

Nesta experiência, um cientista analisa calmamente o fotão e determina o seu alinhamento enquanto que um outro cientista, inconsciente dessa primeira medição, confirma se o fotão ainda existe em super-posição quântica ou não. Como resultado, cada um dos cientistas experimentou uma realidade diferente: e ambos estão, tecnicamente, certos.

Trazer a teoria para uma experiência envolver uma configuração experimental com lasers, divisores de feixes de luz e um conjunto de seis fotões que foram medidos por vários equipamentos, explica o ScienceAlert.

Segundo o MIT Tech, uma equipa de cientistas já tinha criado esta configuração experimental anteriormente. Contudo, esta é a primeira vez que alguém conseguiu, de facto, tornar a experiência possível.

O artigo científico ainda não foi examinado nem publicado numa revista científica. Mas, apesar disso, estas descobertas são a prova de que, quando se trata de física quântica, pode não existir uma realidade objectiva que é partilhada por duas ou mais pessoas.

ZAP // ScienceAlert

Por ZAP
17 Março, 2019

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1218: O Universo pode não ser real

ESO/M. Kornmesser

Através da variação da entropia de um sistema criada por Ludwig Boltzmann, surgiu a ideia de que o Universo poderá ser o resultado de uma flutuação quântica que criou as nossas entidades auto-conscientes.

Ludwig Boltzmann, um físico austríaco nascido em 1844,  chegou à conclusão, durante os seus estudos, que enquanto a entropia de um sistema – a medida da desordem das partículas num sistema físico – aumenta, há uma pequena possibilidade de uma flutuação quântica organizar um outro sistema em desordem.

Essa flutuação quântica, segundo alguns cientistas, terá originado o nosso Universo.

Contudo, a partir deste trabalho já antigo, surgiu a ideia de que é mais provável que uma flutuação quântica origine algo mais simples do que algo tão complexo como todo o Universo que nos envolve.

Ora, essa conclusão de que a flutuação quântica teve de originar algo mais simples do que o Universo, levou os cientistas a equacionar o que poderia ser.

A solução apresentada pelos cientistas afirma que a solução para esse enigma é a nossa própria entidade consciente que acredita ser uma pessoa inserida num mundo cheio de pessoas e histórias.

Contudo, a pessoa (que afinal seria apenas uma entidade auto-consciente) só teria conhecimentos e experiências “pessoais” criadas pela flutuação quântica que a originou.

Em conclusão, a teoria afirma que nada existe no Universo para além da nossa autoconsciência – ou seja, nós não existimos, apenas a nossa autoconsciência existe e cria todo o Universo.

Estas entidades auto-conscientes são chamadas “Cérebros de Boltzmann”, expressão cunhada em 2004 pelos físicos Andreas Albrecht e Lorenzo Sorbo,

O conceito destes “Cérebros de Boltzman” tem sido criticado por alguns cientistas, essencialmente por ser um paradoxo filosófico que não pode ser provado.

O cosmologista e professor de física Sean Caroll, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, diz que estes cérebros são “cognitivamente instáveis” e “não podem simultaneamente ser reais e justificadamente credíveis”.

Apesar de parecer uma ideia demasiado “fora da caixa”, a teoria não consegue ser desmontada e contradita pois, qualquer argumento utilizado contra ela poderá ser uma simples alucinação criada pela nossa entidade auto-consciente.

Apoiantes destes pensamentos solipsistas têm aparecido com mais frequência e até o visionário Elon Musk já afirmou acreditar que vivemos numa simulação.

ZAP // HypeScience / Big Think

Por HS
30 Outubro, 2018

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982: Quem nasceu primeiro: o ovo ou a galinha? Física quântica responde

CIÊNCIA

(CC0/PD) 1627417 / Pixabay

Quem nasceu primeiro: o ovo ou a galinha? Através do fenómeno de ordem causal indefinida, a física quântica conseguiu responder à questão.

O paradoxo do ovo e da galinha foi proposto pela primeira vez por filósofos da Grécia Antiga para descrever o problema da determinação de causa e efeito. Agora, uma equipa de físicos da Universidade de Queensland e do Instituto NÉEL demonstrou que, no que diz respeito à física quântica, tanto o ovo quanto a galinha foram os primeiros.

Jacqui Romero, do Centro de Excelência ARC para Sistemas de Engenharia Quântica, explica que, na física quântica, a causa e o efeito nem sempre são tão simples, isto é, nem sempre um evento causa o outro. “A raridade da mecânica quântica significa que os eventos podem acontecer sem uma ordem estabelecida“, disse o investigador.

Para explicar, o cientista toma como exemplo o nosso trajecto diário de casa para o trabalho e vice versa. “Se para o trabalho necessita de andar de autocarro e de comboio, primeiro apanha um autocarro e só depois o comboio, dado que não consegue viajar nos dois meios de transporte ao mesmo tempo”.

“Na nossa experiência, os dois eventos podem ocorrer em primeiro lugar”, afirmou o cientista, adiantando que a este fenómeno dá-se o nome de ordem causal indefinida. “É um fenómeno que não conseguimos observar no nosso quotidiano.”

Para conseguirem observar a ordem causal indefinida em laboratório, os cientistas usaram uma configuração chamada interruptor quântico fotónico. Fábio Costa, da Universidade de Queensland, disse que com este dispositivo a ordem dos eventos (transformações na forma da luz) fica dependente da polarização.

“Através da medição da polarização dos fotões à saída do interruptor quântico, conseguimos mostrar que a ordem das transformações que ocorrem na luz não estava estabelecida”, explicou o investigador, citado pelo Europa Press. O artigo científico foi publicado no final de Agosto na Physical Reviews Letters.

“Esta é apenas uma primeira prova do fenómeno, a uma escala maior” continuou, acrescentando que a ordem causal indefinida pode ter aplicações reais, como tornar os computadores mais eficientes ou melhorar a comunicação.

ZAP //

Por ZAP
8 Setembro, 2018

(Foram corrigidos 2 erros ortográficos ao texto original)

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378: Físicos quânticos conseguem “driblar” a velocidade da luz

Pietro Zuco / Flickr

Pelo que sabíamos até agora, existia uma regra estabelecida no universo: as informações, assim como todas as outras coisas, só conseguem viajar através do espaço-tempo dentro de um limite de velocidade.

A física quântica volta a provar que o que sabemos não significa quase nada: um grupo de físicos quânticos acabou de descobrir como dobrar o limite da velocidade da luz.

Em circunstâncias normais, o limite máximo de transferência de informação – algo como a largura de banda do universo – é um bit por partícula fundamental, movendo-se não mais rápido do que a velocidade da luz. Isso no “universo clássico”.

Se deseja enviar uma mensagem composta pelos bits 1 ou 0 para um amigo que acabou de se mudar para um lugar que fica a um ano-luz de distância e tudo o que tem é um único fotão, é possível codificar esse único número binário no fotão e enviá-lo à velocidade da luz, seguindo as regras clássicas da física, e esse amigo receberá a mensagem um ano depois.

Se o seu amigo quiser usar esse fotão para enviar uma resposta, terá que esperar mais um ano, e se quiser enviar mais informações nesse tempo, precisaria de mais fotões.

Mas num novo artigo publicado a 8 de fevereiro no Physical Review Letters, dois físicos quânticos mostraram que é teoricamente possível dobrar essa largura de banda. A técnica descrita no artigo, intitulada “Comunicação bidireccional com uma única partícula quântica”, de certa forma “dribla” a velocidade da luz.

É impossível que qualquer coisa viaje mais rápido do que a velocidade da luz. Porém, graças ao entrelaçamento quântico, é possível que as duas pessoas que tentam comunicar enviem um pouco mais de informação usando a mesma partícula ao mesmo tempo.

Se as duas pessoas quiserem fazer isso, os cientistas dizem que teriam que colocar a partícula numa “super-posição de diferentes locais espaciais“.

“Isso geralmente é descrito como estar em dois lugares ao mesmo tempo”, simplifica o co-autor Flavio Del Santo, da Universidade de Viena, na Áustria. A realidade é um pouco mais complicada, mas imaginar a partícula em dois lugares ao mesmo tempo é um atalho útil para entender o que está a acontecer aqui.

Del Santo e o co-autor, Borivoje Dakić, do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica na Áustria, chamam aos seus comunicadores quânticos Alice e Bob. Digamos que Alice e Bob têm a mesma partícula no início da comunicação. Cada um pode codificar um único bit de informação, um 1 ou um zero, na partícula.

A comunicação continua limitada pela velocidade da luz, mas os dois comunicadores conseguem ver a informação enviada pelo outro em metade do tempo. Quando Alice codifica um “1” na partícula, Bob não vê imediatamente.

Alice ainda tem que enviar a partícula. Mas nesta situação especial, Alice e Bob podem codificar um pouco de informação na partícula e enviá-la um ao outro ao mesmo tempo.

A mensagem que cada um deles vê quando a partícula chega é o resultado da sua própria informação, e a informação do seu interlocutor será então adicionada. Se Alice codificou um zero e Bob um 1, cada um deles verá um 1, que é o resultado da codificação. Como Alice sabe que colocou um zero, ela sabe então que Bob colocou um 1. E como Bob sabe que colocou um 1, saberá que Alice colocou um zero. Se ambos colocaram um 1, ou ambos colocaram zero, o resultado será zero.

Em cada situação, ambos os receptores saberão o que o outro enviou – e terão cortado pela metade o tempo que geralmente demora para que duas pessoas enviem bits de informação usando uma única partícula.

O artigo é puramente teórico, mas Del Santo e Dakić associaram-se a uma equipa de experimentalistas da Universidade de Viena para mostrar que o método pode funcionar no mundo real.

É importante relembrar, no entanto, que esta parcela de resultados ainda não passou por revisão e publicação de pares numa revista científica.

Nesta segunda etapa, os cientistas usaram divisores de feixe para separar fotões em super-posição espacial, o que significava que  estavam, de certa forma, em dois lugares ao mesmo tempo.

Ao fazer isso, conseguiram realizar exactamente o que o primeiro artigo descreveu, a codificação de bits em fotões divididos, o seu agrupamento e a interpretação dos resultados.

Os cientistas também mostraram que, com uma leve modificação, esta técnica poderia ser usada para realizar uma comunicação perfeitamente segura.

Se um dos comunicadores, Alice, insere uma sequência aleatória de bits e Bob codifica a mensagem verdadeira e coerente, nenhum espião poderia descobrir o que Bob estava a falar com Alice sem saber o que Alice tinha enviado. Esta segurança dos dados é uma das principais promessas da Internet quântica.

ZAP // HypeScience / Live Science

Por ZAP
16 Março, 2018

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