Medir é o ato de extrair informação sobre algo. Pesar algo numa balança é uma medição. Tocar em algo e sentir uma força de resposta também é uma medição.
Esse é um conceito mais profundo do que parece. No fundo, toda informação que conhecemos sobre o mundo foi medida de alguma forma. Só conhecemos o que conseguimos medir. Medir é conhecer.
Estamos medindo o tempo todo
Aliás, ver é uma medição: estamos medindo os fótons que entram nos nossos olhos!
Normalmente, com objetos físicos como bolas, estamos sempre medindo. Estamos tocando neles, ou fótons estão tocando neles e atingindo nossos olhos. Quando não estamos medindo, algo mais está: moléculas de ar. E em algum momento elas provocarão uma reação em cadeia que nos impactará de forma mensurável.
Quando nada está medindo
No entanto, há algumas coisas, como os elétrons, que são pequenas o suficiente para evitar a medição constante. Por isso, no início do século XX, cientistas começaram a fazer uma pergunta estranha: objetos pequenos como os elétrons têm propriedades definidas (como a posição) quando NÃO estão sendo medidos?
A resposta foi, surpreendentemente, não. Por isso, os físicos inventaram a mecânica quântica como uma forma de descrever as propriedades de um objeto quando nada está medindo. Entre medições, os elétrons não têm uma posição única e definida. Eles existem como uma mistura de possibilidades. O ato de medir é o que força o objeto a se comprometer com uma resposta definida.
Um exemplo simples: o spin do elétron
Para ilustrar esse conceito, vou mostrá-lo em um propriedade quântica bem simples e controlável: o spin do elétron. É claro que existem muitas propriedades quânticas no mundo: a posição do elétron, sua velocidade, o comprimento de onda da luz. Mas todas elas são muito complexas, e é fácil se perder, porque cada uma tem infinitos resultados de medição possíveis. Por exemplo, podemos medir a posição de um elétron e descobrir que ele está no seu dedo, no seu laptop ou em qualquer lugar entre os dois.
Em contraste, o spin do elétron é o que chamamos de estado binário: quando o medimos, ele só pode estar para cima ou para baixo, nunca no meio. Isso foi descoberto no lendário experimento de Stern-Gerlach de 1922. Por isso vamos trabalhar com ele. Deixa os conceitos bem mais simples.
Abaixo está o spin de um único elétron. Você pode fazer duas coisas com ele: disparar um laser para movê-lo entre “para cima” e “para baixo,” ou medi-lo e ler o resultado.
Segure o laser para mover o elétron continuamente entre “para cima” e “para baixo.” A probabilidade de cada resultado é determinada exatamente por quanto tempo você segurou o laser, mesmo que o resultado da medição ainda seja aleatório. O estado intermediário é bem conhecido. Ele só não é mensurável até que você meça.
Superposição
Superposição é a palavra para qualquer momento em que o estado não está em um estado mensurável. Por exemplo, se nossas duas posições mensuráveis são “para cima” e “para baixo,” então qualquer outro estado é uma superposição. Em geral, se usarmos a palavra “posição” para significar “posição mensurável,” então “super-posição” significa “além das posições.”
Por exemplo: quando o qubit aponta para o lado, isso é uma super-posição!