#Emaranhamento #Entrelaçamento
No teste mais massivo feito até hoje, físicos investigaram um grande paradoxo na mecânica quântica e descobriram que ele ainda é válido mesmo para nuvens de centenas de átomos.
Usando dois condensados de Bose-Einstein emaranhados, cada um composto por 700 átomos, uma equipe de físicos co-liderada por Paolo Colciaghi e Yifan Li, da Universidade de Basel, na Suíça, mostrou que o paradoxo de Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) aumenta.
Os pesquisadores dizem que isso tem implicações importantes para a metrologia quântica – o estudo da medição de coisas sob a teoria quântica.
“Nossos resultados representam a primeira observação do paradoxo EPR com sistemas massivos de muitas partículas espacialmente separados”, escrevem os pesquisadores em seu artigo.
“Eles mostram que o conflito entre a mecânica quântica e o realismo local não desaparece à medida que o tamanho do sistema aumenta para mais de mil partículas massivas”.
Embora sejamos muito bons em descrever matematicamente o Universo, nossa compreensão de como as coisas funcionam é, na melhor das hipóteses, irregular.
Uma das ferramentas que usamos para fechar uma das lacunas é a mecânica quântica, uma teoria que surgiu no início do século 20, defendida pelo físico Niels Bohr, por descrever como a matéria atômica e subatômica se comporta. Nesse minúsculo reino, a física clássica se desintegra; quando as regras antigas não se aplicam mais, novas regras devem ser feitas.
Mas a mecânica quântica tem suas falhas e, em 1935, três físicos famosos encontraram um buraco significativo. Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen descreveram o famoso paradoxo Einstein-Podolsky-Rosen.
Nada pode viajar mais rápido que a luz, certo? Mas fica um pouco complicado com o emaranhamento quântico, o que Einstein chamou de “ação assustadora à distância”. É aqui que você correlaciona duas (ou mais) partículas para que suas propriedades sejam vinculadas; se uma partícula, por exemplo, gira para um lado, a outra gira para o outro lado.
Essas partículas retêm esse link mesmo em grandes distâncias, e não está claro como ou por quê. Os cientistas sabem que, se você medir as propriedades de uma partícula, poderá inferir as propriedades da outra, mesmo a essa distância.
No entanto, sob a mecânica quântica, a partícula não terá essas propriedades até que você a meça (uma peculiaridade explorada pelo experimento mental do gato de Schrödinger).
E, sob a mecânica quântica, se você conhece uma propriedade de uma partícula, como sua posição, não pode conhecer outra, como seu momento, com certeza. Este é o princípio da incerteza de Heisenberg.
O conceito de realismo local da física clássica também afirma que, para um objeto ou energia afetar outro, os dois precisam interagir.
O paradoxo EPR, portanto, é complexo. Quando você mede uma partícula em um sistema emaranhado, essa medição de alguma forma influencia a outra partícula, mesmo que a medição não esteja ocorrendo localmente.
Você também sabe mais sobre as partículas do que é permitido pelo princípio da incerteza de Heisenberg. E de alguma forma, essa influência acontece instantaneamente, desafiando a velocidade da luz.
O paradoxo EPR, portanto, sugere que a teoria da mecânica quântica está incompleta; ele não descreve totalmente a realidade do Universo em que vivemos. Os físicos o testaram principalmente em pequenos sistemas emaranhados, consistindo em apenas um par de átomos ou fótons, geralmente, no que é conhecido como teste de Bell (em homenagem ao seu criador, físico John Stewart Bell).
Até agora, todos os testes de Bell conduzidos descobriram que o mundo real se comporta de maneira inconsistente com o realismo local. Mas quão profundo é o paradoxo?
Bem, é aqui que chegamos aos condensados de Bose-Einstein, um estado da matéria criado pelo resfriamento de uma nuvem de bósons a apenas uma fração acima do zero absoluto. Em temperaturas tão baixas, os átomos afundam em seu estado de energia mais baixo possível sem parar completamente.
Quando atingem essas baixas energias, as propriedades quânticas das partículas não podem mais interferir umas nas outras; eles se aproximam o suficiente um do outro para se sobreporem, resultando em uma nuvem de átomos de alta densidade que se comporta como um ‘superátomo’ ou onda de matéria.
Colciaghi, Li e seus colegas físicos Philipp Treutlein e Tilman Zibold, também da Universidade de Basel, geraram dois condensados de Bose-Einstein usando duas nuvens, cada uma composta por 700 átomos de rubídio-87. Eles separaram esses condensados espacialmente em até 100 micrômetros e mediram as propriedades.
Eles mediram as propriedades quânticas dos condensados conhecidos como pseudospins, escolhendo independentemente qual valor medir para cada nuvem.
Eles descobriram que as propriedades dos dois condensados pareciam estar correlacionadas de uma forma que não poderia ser atribuída ao acaso, demonstrando o paradoxo EPR mantendo-se firme em uma escala muito maior do que os testes de Bell anteriores.
As implicações das descobertas da equipe são amplamente relevantes para futuras pesquisas quânticas.
“Nosso experimento é particularmente adequado para aplicações de metrologia quântica. Pode-se, por exemplo, usar um dos dois sistemas como um pequeno sensor para sondar campos e forças com alta resolução espacial e o outro como referência para reduzir o ruído quântico do primeiro sistema”, escrevem os pesquisadores em seu artigo.
“A demonstração do emaranhamento EPR em conjunto com a separação espacial e endereçamento individual dos sistemas envolvidos é, portanto, não apenas significativa de um ponto de vista fundamental, mas também fornece os ingredientes necessários para explorar o emaranhamento EPR em sistemas de muitas partículas como um recurso”.
Agora vá tomar uma boa xícara de chá e sentar-se. Você ganhou.
Publicado em 16/06/2023 00h06
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