Entrelaçamento quântico é feito entre objetos grandes e diferentes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/10/2020

A luz se propaga através da nuvem atômica à direita e então cai na membrana à esquerda. Como resultado da interação com a luz, a rotação dos átomos e a vibração da membrana se correlacionam quanticamente.
[Imagem: NBI/KU]

Entrelaçamento

Uma equipe de físicos da Dinamarca conseguiu entrelaçar dois objetos quânticos muito diferentes e distantes um do outro.

O entrelaçamento - ou emaranhamento - é a base da comunicação quântica e dos sensores mais precisos que existem, e pode ser entendido como um elo entre dois objetos que os faz se comportarem como se fossem um único objeto - tudo o que acontece com um afeta instantaneamente o outro.

Tipicamente feito entre fótons ou entre átomos, o entrelaçamento quântico está também na base da computação quântica.

Entrelaçamento heterogêneo

Agora, pesquisadores do Instituto Niels Bohr e da Universidade de Copenhague conseguiram fazer com que dois objetos distantes e distintos se entrelaçassem.

Um dos objetos é um oscilador mecânico - uma membrana vibratória - e o outro é uma nuvem de átomos ultrafrios. Usando fótons, ou partículas de luz, para interligar os dois sistemas, a equipe conseguiu fazer com que eles ficassem intrinsecamente interligados, ou seja, o que acontecer com um afetará imediatamente o outro - numa palavra, eles ficaram quanticamente entrelaçados.

E o bom disso é que os átomos podem ser úteis no processamento de informações quânticas, enquanto a membrana - ou sistemas quânticos mecânicos em geral - pode ser útil para o armazenamento de informações quânticas.

Além de confirmar que não há fronteira entre o mundo quântico e o mundo clássico, o experimento poderá ter usos práticos imediatos.
[Imagem: Matt Heintze/Caltech/MIT/LIGO Lab]

"Imagine as diferentes maneiras de criar estados quânticos como uma espécie de zoológico de diferentes realidades ou situações com qualidades e potenciais muito diferentes. Se, por exemplo, desejamos construir um aparelho de algum tipo, a fim de explorar as diferentes qualidades que todos eles possuam, e nos quais desempenhem funções diferentes e resolvam uma tarefa diferente, será necessário inventar uma linguagem que todos saibam falar. Os estados quânticos precisam ser capazes de se comunicar, para que possamos utilizar todo o potencial do aparelho. Isso é o que este entrelaçamento entre dois elementos no zoológico mostrou que agora somos capazes de fazer," ilustrou o pesquisador Christoffer Ostfeldt.

"Com esta nova técnica, estamos a caminho de ultrapassar os limites das possibilidades de entrelaçamento. Quanto maiores os objetos, quanto mais distantes eles estiverem, quanto mais díspares forem, mais interessante se torna o entrelaçamento, tanto do ponto de vista fundamental quanto aplicado. Com este novo resultado, o entrelaçamento entre objetos muito diferentes tornou-se possível," completou o professor Eugene Polzik.

Sensores mais precisos

Um exemplo específico de uso prático do entrelaçamento de diferentes objetos quânticos está nos sensores. Objetos diferentes possuem sensibilidade a diferentes forças externas. Por exemplo, osciladores mecânicos são usados como acelerômetros e sensores de força, enquanto spins atômicos são usados em magnetômetros. Quando apenas um dos dois objetos entrelaçados estiver sujeito à perturbação externa, o entrelaçamento permite que ele seja medido com uma sensibilidade que não é limitada pelas flutuações do ponto zero do objeto.

Uma possibilidade bastante imediata de aplicação desta técnica está nos sensores de ondas gravitacionais, como os usados nos laboratórios LIGO e VIRGO. Esses laboratórios detectam e medem ondas extremamente fracas causadas por eventos astronômicos no espaço profundo, como fusões de buracos negros ou fusões de estrelas de nêutrons. As ondas podem ser observadas porque sacodem ligeiramente os espelhos do interferômetro.

Mas mesmo a sensibilidade desses laboratórios é limitada pela mecânica quântica porque os espelhos do interferômetro a laser também são abalados pelas flutuações do ponto zero. Essas flutuações levam a ruídos que impedem a observação dos movimentos dos espelhos causados por ondas gravitacionais muito fracas.

Com a nova técnica, em princípio se torna possível gerar o entrelaçamento dos espelhos dos sensores de ondas gravitacionais com uma nuvem e átomos e, assim, cancelar o ruído de ponto zero dos espelhos, da mesma forma que o ruído da membrana foi cancelado no experimento realizado pela equipe.

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