Entrelaçamento quântico é fotografado pela primeira vez

Com informações da Universidade de Glasgow - 18/07/2019

A exemplo da primeira foto de um buraco negro, a coisa não parece tão deslumbrante: Mas esta é a base de toda a computação quântica.
[Imagem: Moreau et al. - 10.1126/sciadv.aaw2563]

Foto do entrelaçamento quântico

Pela primeira vez, os físicos conseguiram tirar uma foto de uma forma particularmente forte de entrelaçamento quântico - chamada de entrelaçamento de Bell -, capturando as primeiras evidências visuais de um fenômeno que Albert Einstein tentou desprezar chamando-o de "ação fantasmagórica à distância".

Duas partículas que interagem uma com a outra - como dois fótons passando por um divisor de feixe, por exemplo - podem criar uma conexão íntima, compartilhando instantaneamente seus estados físicos, não importando quão grande seja a distância que as separe daí por diante - mexa com um e você instantaneamente afetará o outro.

Essa conexão é conhecida como entrelaçamento quântico - ou emaranhamento quântico - e, apesar de não ter agradado Einstein, é um dos pilares do campo da mecânica quântica. É ele, por exemplo, que permite que dois qubits troquem dados sem uma conexão física direta.

Einstein achava que a mecânica quântica era "fantasmagórica" por causa da instantaneidade da interação remota entre duas partículas emaranhadas, o que parecia incompatível com elementos de sua teoria especial da relatividade - essa interação à distância hoje é conhecida como não-localidade e os físicos falam de influências escondidas além do espaço-tempo.

Mais tarde, John Bell (1928-1990) formalizou esse conceito de interação não-local descrevendo uma forma de entrelaçamento. Até hoje, contudo, embora o entrelaçamento de Bell esteja sendo aproveitado em aplicações práticas na computação e na criptografia quânticas, ele nunca havia sido capturado em uma única imagem.

É o que acabam de fazer Paul Antoine Moreau e seus colegas da Universidade de Glasgow, na Escócia.

Os dois fótons são separados em um divisor de feixe. A câmera baseada em um SPAD captura imagens fantasmas de um objeto de fase colocado no caminho do primeiro fóton e filtrado de forma não-local por quatro filtros espaciais diferentes que podem ser apresentados em um modulador espacial de luz (SLM 2 ), colocado no outro braço. Ao ser acionada pelo SPAD, a câmera captura imagens coincidentes que podem ser usadas para realizar um teste de Bell.
[Imagem: Moreau et al. - 10.1126/sciadv.aaw2563]

Fotografando um efeito fantasmagórico

O experimento consiste em um aparato que dispara um fluxo de fótons entrelaçados a partir de uma fonte quântica de luz sobre "objetos não convencionais", cristais líquidos que alteram a fase dos fótons que passam por eles - a fonte quântica de luz é conhecida como SPAD, sigla em inglês para diodo de efeito avalanche de fóton único.

Uma câmera super-sensível, capaz de detectar fótons individuais, captura uma imagem apenas quando tanto um fóton quanto seu gêmeo entrelaçado atingem seu sensor, criando um registro visível do entrelaçamento dos dois fótons.

"A imagem que conseguimos capturar é uma demonstração elegante de uma propriedade fundamental da natureza, vista pela primeira vez na forma de uma imagem. É um resultado empolgante que poderá ser usado para avanços no campo emergente da computação quântica e levar a novos tipos de imagem," disse o professor Moreau.

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