Único fóton revela o entrelaçamento quântico de 16 milhões de átomos
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Único fóton revela o entrelaçamento quântico de 16 milhões de átomos

A teoria quântica prediz que um grande número de átomos pode ser enredado e entrelaçado por uma relação quântica muito forte, mesmo em uma estrutura macroscópica. Até agora, no entanto, as evidências experimentais eram falhas, embora avanços recentes tenham mostrado o entrelaçamento de 2.900 átomos. Recentemente, porém, cientistas da Universidade de Genebra (UNIGE), na Suíça, redesenharam seu processamento de dados, demonstrando que 16 milhões de átomos foram enredados em um cristal de um centímetro. Eles publicaram seus resultados na revista Nature Communications.

 

As leis da física quântica permitem detectar imediatamente quando os sinais emitidos são interceptados por terceiros. Esta propriedade é crucial para a proteção de dados, especialmente no setor de criptografia, o que agora pode garantir que os clientes terão conhecimento de qualquer intercepção de suas mensagens.

Esses sinais também precisam ser capazes de percorrer longas distâncias usando dispositivos especiais conhecidos como repetidores quânticos – cristais enriquecidos com átomos de terra raros e arrefecidos a 270 graus abaixo de zero (apenas três graus acima do zero absoluto), cujos átomos estão enredados e unificados por um relação quântica muito forte. Quando um fóton penetra neste pequeno bloco de cristal, o entrelaçamento é criado entre os bilhões de átomos que ele atravessa. Isto é explicitamente previsto pela teoria, e é exatamente o que acontece quando o cristal re-emite um fóton único sem ler as informações que recebeu.

Entrelaçamento entre milhões

É relativamente fácil entrelaçar duas partículas: a divisão de um fóton, por exemplo, gera dois fótons emaranhados que têm propriedades e comportamentos idênticos. “Mas é impossível observar diretamente o processo de emaranhamento entre vários milhões de átomos, já que a massa de dados que você precisa coletar e analisar é muito grande”, diz Florian Fröwis, pesquisador do grupo de física aplicada na faculdade de ciência da UNIGE.

Como resultado, Fröwis e seus colegas escolheram uma rota mais indireta, ponderando quais medidas poderiam ser realizadas e quais seriam as mais adequadas. Examinaram as características da luz re-emitida pelo cristal, bem como analisaram suas propriedades estatísticas e as probabilidades seguindo dois caminhos principais: que a luz é re-emitida em uma única direção, em vez de irradiar uniformemente do cristal, e que é composta de um único fóton.

 

Desta forma, os pesquisadores conseguiram mostrar o entrelaçamento de 16 milhões de átomos quando as observações anteriores tinham um teto de alguns milhares. Em um trabalho paralelo, cientistas da Universidade de Calgary, no Canadá, demonstraram o emaranhamento entre muitos grandes grupos de átomos. “Não alteramos as leis da física”, diz Mikael Afzelius, membro do grupo de física aplicada do professor Nicolas Gisin. “O que mudou é como lidar com o fluxo de dados”.

Relação misteriosa

O emaranhamento de partículas é um pré-requisito para a revolução quântica que está por vir, o que também afetará os volumes de dados que circulam em futuras redes, juntamente com o poder e o modo operacional dos computadores quânticos. Tudo depende da relação entre duas partículas no nível quântico – uma relação que é muito mais forte do que as correlações simples propostas pelas leis da física tradicional.

Embora o conceito de emaranhamento possa ser difícil de entender, ele pode ser ilustrado usando um par de meias. Imagine um físico que sempre usa duas meias de cores diferentes. Quando você vê uma meia vermelha no tornozelo direito, você também sabe imediatamente que a meia esquerda não é vermelha. Há uma correlação, em outras palavras, entre as duas meias. Na física quântica, surge uma correlação infinitamente mais forte e misteriosa – o emaranhamento.

Agora, imagine que existem dois físicos em seus próprios laboratórios, com uma ótima distância que separa os dois. Cada um deles tem um fóton. Se esses dois fótons estiverem em um estado emaranhado, os físicos verão correlações quânticas não locais, que a física convencional não consegue explicar. Eles acharão que a polarização dos fótons é sempre oposta (como com as meias no exemplo acima) e que o foton não possui polarização intrínseca. A polarização medida por cada fóton é, portanto, inteiramente aleatória e fundamentalmente indeterminada antes de ser medida. Este é um fenômeno não sistemático que ocorre simultaneamente em dois locais distantes – e este é exatamente o mistério das correlações quânticas. [phys.org]

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