Sobreposição quântica

A superposição quântica^[1] é um princípio fundamental da mecânica quântica que afirma que um sistema físico (como um elétron) existe simultaneamente em todos as formas/estados e posições teoricamente possíveis até ser medido (superposição de múltiplos estados simultaneamente).^[1]^[2]^[3]^[4]^[5] Porém quando medido ou observado, o sistema se mostra em um único estado. Uma descrição tradicional tenta explicar a superposição usado a analogia de uma moeda mostrando "cara" e "coroa" ao mesmo tempo (mistura quântica de cara e coroa),^[6] Este princípio é o contrário de decoerência quântica.^[4]

Enquanto as ondas no lago são formadas pelo movimento da água, as ondas quânticas é pura matemática, expressas como equações que mostram a probabilidade de um objeto existir em uma forma específica ou ter uma propriedade particular; como por exemplo, mostra a probabilidade de um elétron mover-se a uma velocidade específica ou está em um determinado local.^[6] Quando um elétron está em superposição, suas diferentes formas podem ser considerados como resultados separados, cada um com uma probabilidade particular de ser observado;^[6] assim um elétron estaria em uma superposição de duas velocidades diferentes, ou estaria em dois lugares ao mesmo tempo.^[6] A superposição pode ajudar no avanço da tecnologia quântica (computador quântico).^[6]

Tecnicamente, o princípio da superposição vem da adição de amplitudes de ondas por interferência, assim na mecânica quântica são os vetores de estado que são somados, ou a amplitude de funções de ondas. Isso ocorre quando um objeto simultaneamente "possui" dois ou mais valores para uma quantidade observável (exemplo: a posição ou a energia de uma partícula).

Um sistema quântico é formado por vetores de estado, onde um sistema que "parece ter dois estados" possui "infinitos estados possíveis", pois qualquer combinação linear dos vetores de estado é um estado físico do sistema.^[7] Mais especificamente, na mecânica quântica qualquer quantidade observável corresponde a um autovetor (auto estado) de um operador linear Hamiltoniano.^[8] A combinação linear de dois ou mais autovetores resulta em uma sobreposição de dois ou mais valores de uma quantidade observável. Se a "quantidade" é medida, o postulado (da mecânica quântica) que fala a respeito de projeção afirma que o estado será aleatoriamente colapsado em um dos valores da superposição (com probabilidade proporcional a amplitude do autovetor na combinação linear).

Uma questão que naturalmente aparece é: Por que objetos e eventos macroscópicos (que obedecem as leis newtonianas) não parecem mostrar propriedades da mecânica quântica (como a superposição). Em 1935, o físico austríaco Erwin Schrödinger descreveu um experimento já bem conhecido hoje como o gato de Schrödinger, que mostra as dissonâncias entre a mecânica quântica e a física newtoniana.^[9]

De fato, a sobreposição quântica resulta em vários efeitos diretamente observáveis, como os padrões de interferências das ondas em experimentos com luz.

Atualmente, cientistas reproduziram o experimento do gato usando átomos e circuitos supercondutores.^[5] A empresa IBM produziu uma superposição envolvendo 120 qbits int, usando a forma GHZ (Greenberger-Horne-Zeilinger), onde um sistema quântico conseguiu criar e permanecer em estados complexos, isto prever o aumento de eficiência no computador quântico.^[5]

Em 2023, pesquisadores colocaram em estado de superposição um cristal com 10 quadrilhões de átomos, buscando entender até onde a mecânica quântica pode ser aplicada em objetos grandes.^[5]

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Sobreposição quântica

Ver também

Referências

Ligações externas

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