O emaranhamento quântico é a ligação de duas partículas ou objetos, mesmo que eles possam estar distantes – suas respectivas propriedades estão ligadas de uma forma que não é possível sob as regras da física clássica.
É um fenômeno estranho que Einstein descreveu como “ação fantasmagórica à distância”, mas sua estranheza é o que o torna tão fascinante para os cientistas. Em uma nova pesquisa, o emaranhamento quântico foi diretamente observado e registrado na escala macroscópica – uma escala muito maior do que as partículas subatômicas normalmente associadas ao emaranhamento.
As dimensões envolvidas ainda são muito pequenas de nossa perspectiva – esses 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.
“Se você analisar os dados de posição e momento para os dois tambores de forma independente, cada um deles simplesmente parece quente”, diz o físico John Teufel, do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) dos Estados Unidos.
“Mas olhando para eles juntos, podemos ver que o que parece ser o movimento aleatório de um tambor está altamente correlacionado com o outro, de uma forma que só é possível por meio do emaranhamento quântico.”
Embora não haja nada que diga que o emaranhamento quântico não pode acontecer com objetos macroscópicos, antes se pensava que os efeitos não eram perceptíveis em escalas maiores – ou talvez que a escala macroscópica fosse governada por outro conjunto de regras.
Esta nova pesquisa 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 velocidades.
Para evitar interferência externa, um problema comum com estados quânticos, os tambores foram resfriados, emaranhados e medidos em estágios separados enquanto dentro de um compartimento resfriado criogenicamente. Os estados dos tambores são então codificados em um campo de microondas refletido que funciona de forma semelhante ao radar.
Estudos anteriores também relataram sobre o emaranhamento quântico macroscópico, mas a nova pesquisa vai além: todas as medições necessárias foram registradas em vez de inferidas, e o emaranhamento foi gerado de forma determinística e não aleatória.
Em uma série de experimentos relacionados, mas separados, os pesquisadores também trabalhando 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 exibem um movimento quântico coletivo”, diz a física Laure Mercier de Lepinay, da Aalto University, na Finlândia. “Os tambores vibram em fases opostas entre si, de forma que quando um deles está na posição final do ciclo de vibração, o outro fica 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 manchete é que ela contorna o Princípio da Incerteza de Heisenberg – a ideia de que a posição e o momento não podem ser perfeitamente medidos ao mesmo tempo. O princípio afirma que o registro de uma das medições interferirá na outra por meio de um processo denominado ação quântica de volta.
Além de apoiar outro estudo na demonstração do emaranhamento quântico macroscópico, esta pesquisa em particular usa esse emaranhamento para evitar a ação reversa quântica – essencialmente investigando a linha entre a física clássica (onde o Princípio da Incerteza se aplica) e a física quântica (onde agora não parece).
Uma das possíveis aplicações futuras de ambos os conjuntos de descobertas está em redes quânticas – ser capaz de manipular e emaranhar objetos em uma escala macroscópica para que possam alimentar as redes de comunicação da próxima geração.
“Além das aplicações práticas, esses experimentos abordam o quão longe no domínio macroscópico os experimentos podem levar à observação de fenômenos quânticos distintamente”, escrevem os físicos Hoi-Kwan Lau e Aashish Clerk, que não estiveram envolvidos nos estudos, em um comentário sobre a nova pesquisa.
Publicado em 09/05/2021 18h01
Artigo original:
Estudo original:
- https://science.sciencemag.org/content/372/6542/622
- https://science.sciencemag.org/content/372/6542/625