O emaranhamento quântico agora foi observado diretamente na escala macroscópica

O emaranhamento quântico agora foi observado diretamente na escala macroscópica

21 de outubro de 2022 0 Por Jonas Estefanski
Compartilhar:

O emaranhamento quântico é a união de duas partículas ou objetos, mesmo que estejam distantes – suas respectivas propriedades estão ligadas de uma maneira que não é possível sob as regras da física clássica.

É um fenômeno estranho que Einstein descreveu como ” ação assustadora à distância “, mas sua estranheza é o que o torna tão fascinante para os cientistas. Em um estudo de 2021 , o emaranhamento quântico foi observado diretamente e registrado em escala macroscópica – uma escala muito maior do que as partículas subatômicas normalmente associadas ao emaranhamento.

As dimensões envolvidas ainda são muito pequenas do nosso ponto de vista – os experimentos envolveram dois minúsculos tambores de alumínio com um quinto da largura de um cabelo humano – mas no reino da física quântica eles são absolutamente enormes.

Dois tambores de metal
Os tambores mecânicos macroscópicos. (J. Teufel/NIST)

“Se você analisar os dados de posição e momento para os dois tambores de forma independente, cada um deles simplesmente parece quente”, disse o físico John Teufel , do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) dos EUA, no ano passado.

“Mas olhando para eles juntos, podemos ver que o que parece ser um movimento aleatório de um tambor está altamente correlacionado com o outro, de uma forma que só é possível através do emaranhamento quântico ”.

Embora não haja nada para dizer que o emaranhamento quântico não possa acontecer com objetos macroscópicos, antes disso pensava-se que os efeitos não eram perceptíveis em escalas maiores – ou talvez que a escala macroscópica fosse governada por outro conjunto de regras.

A pesquisa recente sugere que não é o caso. Na verdade, as mesmas regras quânticas também se aplicam aqui e também podem ser vistas. Os pesquisadores vibraram as minúsculas membranas do tambor usando fótons de micro-ondas e as mantiveram em um estado sincronizado em termos de posição e velocidade.

Para evitar interferência externa, um problema comum com estados quânticos, os tambores foram resfriados, emaranhados e medidos em estágios separados enquanto estavam dentro de um gabinete resfriado criogenicamente. Os estados dos tambores são então codificados em um campo de microondas refletido que funciona de maneira semelhante ao radar.

Estudos anteriores também relataram emaranhamento quântico macroscópico, mas a pesquisa de 2021 foi além: todas as medidas necessárias foram registradas em vez de inferidas, e o emaranhamento foi gerado de maneira determinística e não aleatória.

Em uma série de experimentos relacionados, mas separados , pesquisadores que também trabalham com tambores macroscópicos (ou osciladores) em um estado de emaranhamento quântico mostraram como é possível medir a posição e o momento das duas peles ao mesmo tempo.

“Em nosso trabalho, as peles dos tambores exibem um movimento quântico coletivo”, disse a física Laure Mercier de Lepinay , da Universidade de Aalto, na Finlândia. “Os tambores vibram em fase oposta um ao outro, de modo que quando um deles está na posição final do ciclo de vibração, o outro está na posição oposta ao mesmo tempo.”

“Nesta situação, a incerteza quântica do movimento dos tambores é cancelada se os dois tambores forem tratados como uma entidade mecânica quântica”.

O que torna esta notícia de manchete é que ela contorna o Princípio da Incerteza de Heisenberg – a ideia de que posição e momento não podem ser perfeitamente medidos ao mesmo tempo. O princípio afirma que o registro de uma das medidas interferirá na outra por meio de um processo chamado de ação quântica de retorno .

Além de apoiar o outro estudo na demonstração do emaranhamento quântico macroscópico, esta pesquisa em particular usa esse emaranhamento para evitar a ação de retorno quântico – essencialmente investigando a linha entre a física clássica (onde o Princípio da Incerteza se aplica) e a física quântica (onde agora não acontece). não parece).

Uma das possíveis aplicações futuras de ambos os conjuntos de descobertas é em redes quânticas – sendo capaz de manipular e emaranhar objetos em escala macroscópica para que possam alimentar redes de comunicação de próxima geração.

“Além das aplicações práticas, esses experimentos abordam até que ponto os experimentos do reino macroscópico podem levar a observação de fenômenos quânticos distintos”, escrevem os físicos Hoi-Kwan Lau e Aashish Clerk, que não estavam envolvidos nos estudos, em um comentário sobre o pesquisa publicada na época .

Tanto o primeiro quanto o segundo estudo foram publicados na Science .

Uma versão deste artigo foi publicada pela primeira vez em maio de 2021.