Chip atômico gera pares de átomos gêmeos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/05/2011

O chip atômico emite átomos quântico-mecanicamente correlacionados, úteis na computação e na criptografia quânticas e no teletransporte.
[Imagem: TUWien]

Partículas entrelaçadas

No mundo clássico, quando alguma coisa explode, as partículas que formavam essa coisa espalham-se por todas as direções.

Cada partícula terá suas próprias características, compartilhando com as milhares, ou milhões, de outras partículas nascidas da explosão, pouco mais do que a história de uma origem comum.

No mundo quântico, porém, as coisas são mais sutis: é possível gerar partículas a partir de uma fonte comum que serão cópias exatas uma da outra.

Essas chamadas partículas entrelaçadas têm tudo em comum, e não podem nem mesmo ser compreendidas separadamente - elas estão quântico-mecanicamente interligadas, e somente diferem umas das outras pela direção do seu movimento.

Entrelaçamento

Nem mesmo Einstein gostava dessa ideia de duas partículas separadas continuarem entrelaçadas pelas leis da mecânica quântica - ele chamou o fenômeno de ação fantasmagórica à distância.

Estranho ou não, o fato é que o fenômeno vem sendo confirmado por inúmeros experimentos, e é uma das ferramentas mais promissoras para a computação quântica, para a criptografia quântica e para o teletransporte.

"Isto não significa que, manipulando uma das partículas, nós podemos ao mesmo tempo mudar a outra, como se elas estivessem interligadas por um fio invisível, mas, ainda assim, temos que tratar as duas partículas como um único sistema quântico," explica o Dr. Jörg Schmiedmayer, da Universidade Técnica de Viena.

Mas significa que, medindo uma delas, o simples processo de medição fará igualmente colapsar a função de onda da outra. Isto tem enorme interesse para o processamento de dados e para a transferência de informações ópticas.

Chip atômico

Até agora, a maior dificuldade para fazer experimentos com essas partículas entrelaçadas era produzir o próprio fenômeno do entrelaçamento, ou seja, produzir partículas interligadas de forma consistente e confiável.

Foi este problema que o Dr. Schmiedmayer e seus colegas acabam de resolver: eles criaram o que chamam de "chip atômico", um gerador de partículas entrelaçadas que produz pares de átomos correlacionados.

O "chip atômico" tem com elemento principal um condensado de Bose-Einstein, um estado exótico da matéria em que milhões de átomos ultra-frios, todos em seu nível de energia mais baixo possível, comportam-se como se fossem um único átomo.

Para fazer seu gerador de átomos entrelaçados funcionar, os cientistas disparam a menor unidade possível de energia vibracional em direção ao condensado.

Depois de receberem a vibração, os átomos devem retornar ao seu estado mais baixo de energia. Para isso, o condensado deve liberar a energia adicional que recebeu.

"Devido ao sofisticado projeto do nosso chip atômico, o condensado de Bose-Einstein fica com apenas uma única forma de liberar sua energia: emitindo pares de átomos. Todas as outras possibilidades são proibidas pela mecânica quântica," explica Robert Bucker, coautor do trabalho.

Esquema do processo de excitação e emissão dos átomos entrelaçados. A parte central do sistema mostra a estrutura espacial do estado excitado radialmente. São emitidas duas nuvens contendo os átomos gêmeos.
[Imagem: Bucker et al./Nature]

Átomos entrelaçados

De acordo com a lei de conservação do momento, os dois átomos movem-se exatamente em direções opostas. Esse processo é muito semelhante ao que ocorre em determinados cristais ópticos, nos quais pode-se criar pares de fótons.

Agora, contudo, com o chip atômico, os cientistas poderão dispor de partículas maciças entrelaçadas, em vez de luz.

Os dois átomos entrelaçados formam um único objeto quântico. Um deles não pode ser descrito matematicamente sem que se descreva também o outro.

"Estamos nos preparando para usar esses átomos para novos experimentos incríveis," entusiasma-se Schmiedmayer. "Está-se abrindo um novo campo de pesquisas, de onde vão evoluir novos insights e possivelmente novas aplicações."

Segundo o pesquisador, é difícil prever o impacto do gerador de átomos entrelaçados. Conceitualmente, porém, é possível antever novas técnicas de medições quânticas, com uma precisão muito superior à obtida pela física clássica.

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