Uma das características mais fundamentais da física quântica é a não localidade de Bell: o fato de que as previsões da mecânica quântica não podem ser explicadas por nenhuma teoria local (clássica). Isso tem consequências conceituais notáveis e aplicações de longo alcance em informações quânticas.
No entanto, em nossa experiência cotidiana, os objetos macroscópicos parecem se comportar de acordo com as regras da física clássica, e as correlações que vemos são locais. É realmente esse o caso ou podemos desafiar essa visão? Em um artigo recente na Physical Review Letters, cientistas da Universidade de Viena e do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica (IQOQI) da Academia Austríaca de Ciências mostraram que é possível preservar totalmente a estrutura matemática da teoria quântica no limite macroscópico. Isso poderia levar a observações de não localidade quântica na escala macroscópica.
Nossa experiência cotidiana nos diz que os sistemas macroscópicos obedecem à física clássica. Portanto, é natural esperar que a mecânica quântica deva reproduzir a mecânica clássica no limite macroscópico. Isso é conhecido como o princípio de correspondência, conforme estabelecido por Bohr em 1920. Um argumento simples para explicar essa transição da mecânica quântica para a mecânica clássica é o mecanismo de granulação grossa: se as medições realizadas em sistemas macroscópicos têm resolução limitada e não podem resolver partículas microscópicas individuais , então os resultados se comportam de maneira clássica.
Tal argumento, aplicado a correlações de Bell (não locais), leva ao princípio da localidade macroscópica. Da mesma forma, as correlações quânticas temporais se reduzem às correlações clássicas (realismo macroscópico) e a contextualidade quântica se reduz à não contextualidade macroscópica. Acreditava-se fortemente que a transição quântica para clássica é universal, embora faltasse uma prova geral. Para ilustrar esse ponto, tomemos o exemplo da não localidade quântica.
Suponha que temos dois observadores distantes, Alice e Bob, que desejam medir a intensidade da correlação entre seus sistemas locais. Podemos imaginar uma situação típica em que Alice mede sua minúscula partícula quântica e Bob faz o mesmo com a dele e eles combinam seus resultados observacionais para calcular a correlação correspondente. Uma vez que seus resultados são inerentemente aleatórios (como sempre é o caso em experimentos quânticos), eles devem repetir o experimento um grande número de vezes para encontrar a média das correlações. A principal suposição neste contexto é que cada execução do experimento deve ser repetida exatamente nas mesmas condições e independentemente de outras execuções, o que é conhecido como a suposição IID (independente e distribuída de forma idêntica).
Por exemplo, ao realizar lançamentos aleatórios de moeda, precisamos garantir que cada lançamento seja justo e imparcial, resultando em uma probabilidade medida de (aproximadamente) 50% para cara / coroa após muitas repetições. Tal suposição desempenha um papel central nas evidências existentes para a redução à clássica no limite macroscópico. No entanto, os experimentos macroscópicos consideram grupos de partículas quânticas que são compactadas e medidas juntas com uma resolução limitada (granulação grossa). Essas partículas interagem umas com as outras, por isso não é natural supor que as correlações no nível microscópico sejam distribuídas em unidades de pares independentes e idênticos. Em caso afirmativo, o que acontece se abandonarmos a suposição de IID? Ainda alcançamos a redução para a física clássica no limite de um grande número de partículas?
Em seu trabalho recente, Miguel Gallego (Universidade de Viena) e Borivoje Daki? (Universidade de Viena e IQOQI) mostraram que, surpreendentemente, as correlações quânticas sobrevivem no limite macroscópico se as correlações não forem distribuídas no nível de constituintes microscópicos.
“A suposição de IID não é natural quando se lida com um grande número de sistemas microscópicos. Pequenas partículas quânticas interagem fortemente e as correlações quânticas e emaranhadas são distribuídas em todos os lugares. Dado esse cenário, revisamos os cálculos existentes e fomos capazes de encontrar o comportamento quântico completo no escala macroscópica. Isso é totalmente contra o princípio da correspondência, e a transição para a classicidade não ocorre “, diz Borivoje Daki?.
Ao considerar flutuações observáveis (desvios dos valores esperados) e uma certa classe de estados de muitos corpos emaranhados (estados não-IID), os autores mostram que toda a estrutura matemática da teoria quântica (por exemplo, a regra de Born e o princípio de superposição) é preservada no limite. Essa propriedade, que eles chamam de comportamento quântico macroscópico, permite-lhes mostrar diretamente que a não localidade de Bell é visível no limite macroscópico. ?É incrível ter regras quânticas na escala macroscópica. Só temos que medir flutuações, desvios dos valores esperados e veremos fenômenos quânticos em sistemas macroscópicos. Acredito que isso abre portas para novos experimentos e aplicações?, diz Miguel Gallego.
Publicado em 25/09/2021 23h52
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