doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.163201
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#Emaranhamento
Cientistas desenvolveram simulações para investigar processos rápidos da teoria quântica, revelando novas descobertas sobre o emaranhamento quântico e sua formação.
Esses resultados mostram como o emaranhamento pode ser medido e observado em atossegundos, o que representa um avanço significativo para entender a rapidez com que eventos quânticos acontecem.
Teoria Quântica e o Tempo: Desvendando Efeitos Instantâneos:
A teoria quântica lida com eventos que acontecem em escalas de tempo incrivelmente curtas. No passado, pensava-se que esses eventos aconteciam instantaneamente, sem tempo entre eles: um elétron orbita o núcleo de um átomo e, de repente, é ejetado por um flash de luz. Da mesma forma, duas partículas se colidem e imediatamente se tornam “emaranhadas quanticamente”.
Hoje, no entanto, os cientistas conseguem estudar o momento exato desses efeitos quase instantâneos. Pesquisadores da TU Wien (Viena), em colaboração com equipes da China, desenvolveram simulações de computador para explorar esses processos ultrarrápidos. Essas simulações nos ajudam a entender como o emaranhamento quântico se forma em poucos atossegundos. As descobertas foram publicadas na revista *Physical Review Letters*.
Um atossegundo é uma fração de tempo extremamente pequena, durando apenas um quintilionésimo (ou um bilionésimo de um bilionésimo, 10^-18) de segundo. Ele é usado para medir fenômenos ultrarrápidos na física quântica, como o movimento de elétrons dentro dos átomos.
Entendendo o Emaranhamento Quântico:
Quando duas partículas estão emaranhadas quanticamente, não faz sentido descrevê-las separadamente. Mesmo que você saiba o estado do sistema formado por essas duas partículas, não dá para afirmar com clareza o estado de uma partícula isolada. “Podemos dizer que as partículas não têm propriedades individuais; elas têm propriedades em comum. Do ponto de vista matemático, elas estão ligadas, mesmo que estejam em lugares completamente diferentes,” explica o professor Joachim Burgdörfer, do Instituto de Física Teórica da TU Wien.
Nos experimentos com partículas quânticas emaranhadas, os cientistas geralmente querem que o emaranhamento dure o máximo possível – por exemplo, para uso em criptografia quântica ou computadores quânticos. “Por outro lado, estamos interessados em outra coisa – descobrir como esse emaranhamento se desenvolve em primeiro lugar e quais efeitos físicos estão envolvidos em escalas de tempo muito curtas,” diz a professora Iva B”ezinová, uma das autoras da publicação.
Tempos de Nascimento Quântico e o Emaranhamento:
Os pesquisadores analisaram átomos atingidos por um pulso de laser muito intenso e de alta frequência. Um elétron é arrancado do átomo e voa para longe. Se a radiação for forte o suficiente, um segundo elétron no átomo também pode ser afetado: ele pode ganhar mais energia e passar a orbitar o núcleo atômico de forma diferente.
Depois do pulso de laser, um elétron voa para longe e o outro permanece com o átomo, mas com energia desconhecida. “Podemos mostrar que esses dois elétrons agora estão emaranhados quanticamente,” diz Burgdörfer. “Você só consegue analisá-los juntos – ao medir um dos elétrons, aprende algo sobre o outro ao mesmo tempo.”
Medindo o Mistério da Física Quântica:
Usando um protocolo de medição que combina dois feixes de laser diferentes, a equipe mostrou que é possível criar uma situação em que o “tempo de nascimento” do elétron que se afasta, ou seja, o momento em que ele saiu do átomo, está relacionado com o estado do elétron que permanece. Esses dois estados estão emaranhados quanticamente.
“Isso significa que o tempo de nascimento do elétron que se afasta é desconhecido em princípio. Pode-se dizer que o próprio elétron não sabe quando saiu do átomo,” diz Burgdörfer. “Ele está em uma superposição quântica de diferentes estados. Ele deixou o átomo tanto em um momento mais cedo quanto em um momento mais tarde.”
Qual foi o momento “real” não pode ser respondido – a resposta “exata” simplesmente não existe na física quântica. Mas essa resposta está ligada, em termos quânticos, ao estado indeterminado do elétron que permanece no átomo: se o elétron que ficou está em um estado de energia mais alta, então o elétron que saiu foi arrancado mais cedo; se o elétron que ficou está em um estado de energia mais baixa, então o “tempo de nascimento” do elétron que foi embora é mais recente – em média, por volta de 232 atossegundos.
Esse é um período de tempo quase inimaginável: um atossegundo é um bilionésimo de um bilionésimo de segundo. “Essas diferenças podem não apenas ser calculadas, mas também medidas em experimentos,” diz Burgdörfer. “Já estamos em contato com equipes de pesquisa que querem provar esses emaranhamentos ultrarrápidos.”
Desvendando o Enigma Quântico:
Esse trabalho mostra que não é suficiente considerar os efeitos quânticos como “instantâneos”: correlações importantes só aparecem quando conseguimos resolver as escalas de tempo ultracurtas desses efeitos. “O elétron não simplesmente pula para fora do átomo. Ele é uma onda que “escapa” do átomo, por assim dizer – e isso leva um certo tempo,” diz B’ezinová. “É exatamente durante essa fase que ocorre o emaranhamento, cujo efeito pode então ser medido observando-se os dois elétrons depois.”
Publicado em 29/10/2024 06h49
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