Um gato atómico, vivo e morto ao mesmo tempo, está a ajudar engenheiros a detetar erros computacionais

Uma equipa de engenheiros quânticos recriou a famosa experiência do Gato de Schrödinger dentro de um chip de silício, abrindo novas possibilidades para a computação quântica.

Um gato atômico, vivo e morto ao mesmo tempo, está ajudando engenheiros quânticos a detectar erros computacionais
Engenheiros recriaram a experiência do Gato de Schrödinger dentro de um chip de silício, abrindo novas possibilidades para a computação quântica.

A mecânica quântica tem intrigado cientistas e filósofos por mais de cem anos. Uma das suas experiências mentais mais famosas, o Gato de Schrödinger, consiste num gato que depende do decaimento de um átomo radioativo para viver ou morrer.

Segundo a teoria quântica, sem observar diretamente o átomo, este deve ser considerado numa sobreposição. Por outras palavras, o átomo está simultaneamente decaído e não decaído. Assim, o gato estaria vivo e morto ao mesmo tempo.

Claro que um gato real não pode estar vivo e morto ao mesmo tempo, mas o conceito é frequentemente usado para descrever-se uma maneira mais popular e fácil de entender um conceito extremamente complexo, que é a superposição de estados quânticos.

Um gato quântico feito de antimónio

No entanto, uma equipa de cientistas descobriu que esta experiência mental pode ser extremamente útil em situações reais. Utilizando um átomo de antimónio (que é muito mais complexo do que os qubits tradicionais usados em computação quântica) para representar o gato, a equipa conseguiu recriar a experiência.

Investigadores de computação quântica responsáveis pelo estudo.
Os investigadores de computação quântica Benjamin Wilhelm, Xi Yu, Andrea Morello e Danielle Holmes com gatos que estão, felizmente, bem vivos e felizes.

O átomo de antimónio possui um grande spin nuclear, o que significa que ele tem múltiplos estados magnéticos possíveis, ao invés vez de apenas dois. Isto transforma radicalmente o comportamento do sistema. A sobreposição do spin do antimónio, que pode apontar em oito direções diferentes, cria um estado quântico mais resistente a erros.

Normalmente, usamos partículas que possuem apenas dois estados: 0 (spin para baixo) e 1 (spin para cima). No entanto, qualquer mudança súbita no spin pode causar um erro lógico, fazendo com que a informação quântica se torne extremamente frágil - Benjamin Wilhelm, coautor.

No caso do antimónio, se o estado 0 representa um “gato morto” e o estado 1 representa um “gato vivo”, seria necessário um número significativo de erros consecutivos para alterar completamente a informação. É como se o gato metafórico da experiência tivesse sete vidas.

Tecnologia é escalável em chips de silício

Este “gato de Schrödinger” de antimónio foi integrado num chip quântico de silício, similar aos utilizados em computadores e smartphones, mas adaptado para manipular estados quânticos de átomos individuais. Assim, os cientistas podem controlar com precisão o seu estado quântico – ou, se preferir, a sua vida e morte.

Representação visual do gato de antimónio
Representação visual do gato de antimónio. Uma sobreposição dos estados “vivo” e “morto" resulta num estado quântico impressionante que exibe sete franjas de interferência quântica.

Este avanço abre caminho para uma nova forma de realizar cálculos quânticos, onde há mais margem para correção de erros. Caso um erro ocorra, será possível detetá-lo imediatamente e corrigi-lo antes que outros erros se acumulem.

É como se o “gato” voltasse para casa arranhado após uma luta. Ele está longe de estar morto, mas sabemos que lutou. Podemos tentar descobrir quem causou a luta e resolver a situação antes que aconteça novamente.

A capacidade de detetar e corrigir erros quânticos é considerado o Santo Graal da computação quântica, e a equipa planeia explorar esta aplicação nos seus próximos estudos - possivelmente abrindo as portas para resolver um dos principais desafios para a criação de computadores quânticos funcionais.

Referência da notícia

Schrödinger cat states of a nuclear spin qudit in silicon. Nat. Phys. (2025). Yu, X., Wilhelm, B., Holmes, D. et al.