Por que o postulado da medida quântica dá certo?

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Meus estudantes e eu fizemos um trabalho de pesquisa cujo significado vou explicar a você. Um sistema quântico pode estar em uma superposição de estados distintos. Uma superposição de estados, no entanto, rapidamente desaparece por causa das inevitáveis perturbações feitas pelo ambiente do sistema quântico, que não pode ser completamente isolado do resto do universo.

Uma medida qualquer feita sobre um estado quântico, por ser uma interação entre o sistema e um aparato de medida, leva um tempo finito para ser finalizada. Durante esse tempo, portanto, se a medida fosse feita sobre um estado de superposição, em princípio o meio ambiente poderia perturbar tanto o sistema a ponto de o aparato registrar um estado diferente do inicial, cuja medida era intencionada. Porém, isso não acontece e a medida sempre reflete o estado inicial. Por quê?

Segundo o fenômeno chamado efeito Zenão quântico, um sistema que evoluiria sem ser medido, para de evoluir se for medido continuamente com medidas instantâneas. Ora, uma medida de duração finita pode ser vista como uma sequência de infinitas medidas de durações infinitesimais, ou seja, como uma medida contínua. Dessa forma, a própria medida de duração finita de um sistema perturbado pelo ambiente evita que seu estado original seja destruído pela perturbação ambiental. Foi isso que ilustramos, com um exemplo, em nosso trabalho.

Nos livros-texto as medidas são invariavelmente tratadas como instantâneas e não levam em conta a perturbação ambiental durante a interação entre o sistema medido e o medidor. Esse tipo de pensamento foi desenvolvido logo nos primórdios da teoria quântica, antes da preocupação atual com o fenômeno da descoerência que tanto afeta a possibilidade da construção de computadores quânticos. A descoerência nada mais é do que a destruição de superposição de estados que menciono acima. Assim, a importância de nosso trabalho traduz-se como uma atualização da descrição de medida quântica, levando em conta a noção mais realista de uma perturbação ambiental durante a interação entre o sistema medido e o aparato experimental que executa a medição.

Esta postagem não tem fórmulas, deduções ou qualquer matemática propositalmente. Como você pode ver nos links para nosso trabalho, a quantidade de cálculos para descrever rigorosamente o que digo acima é estonteante. No entanto, ao ler os parágrafos acima, você provavelmente ter-se-á deparado com termos muito pouco conhecidos. Se quiser algum esclarecimento adicional sobre algo que aparece aqui nesta postagem, não hesite em deixar comentários. Talvez você possa até sugerir um tema para uma nova postagem sobre minha área de pesquisa.

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Música desta postagem: July (Song of the Reapers) de Pyotr Ilich Tchaikovsky, por Alfonso Bertazzi

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