Experimento quântico gerou pulso de luz em 37 dimensões

Com informações da Phys.org - 12/02/2025

Um pentágono (a) é o gráfico mais simples para mostrar a não-classicalidade. (b) é a estrutura de exclusividade subjacente do paradoxo GHZ original com quatro contextos. O paradoxo GHZ está ilustrado em (c).
[Imagem: Zheng-Hao Liu et al. - 10.1126/sciadv.abd8080]

Quântica versus clássica

Físicos conseguiram medir um pulso de luz em 37 dimensões.

Enquanto a comunidade da física em geral trabalha para tentar encontrar a fronteira entre a física clássica e a física quântica, este experimento tinha como objetivo demonstrar que a mecânica quântica é ainda mais estranha - ou mais "não-clássica" - do que se pensava.

A mecânica quântica explica como as coisas funcionam no nível subatômico, o que envolve coisas como duas partículas inextricavelmente ligadas qualquer que seja sua distância (entrelaçamento), gatos que ficam vivos e mortos ao mesmo tempo (superposição) e até o teletransporte.

A Relatividade Geral descreve a teoria clássica, que tem aspectos do que os físicos chamam de realismo local, onde as coisas acontecem ao nosso redor da maneira que esperamos que aconteçam e na ordem que esperamos.

Os físicos têm tentado - e falhado - em unir as duas teorias há décadas. Na verdade, o problema tem-se tornado mais difícil nos últimos anos, já que os esforços têm mostrado que as diferenças entre as duas teorias são maiores do que se pensava.

Esquema do experimento. As linhas azuis são fibras ópticas e os traços vermelhos indicam luz propagando-se em sessões de espaço livre. Conexões eletrônicas são ilustradas por linhas cinzas, e as portas do divisor de feixe cinzas têm maior transmissividade.
[Imagem: Zheng-Hao Liu et al. - 10.1126/sciadv.abd8080]

37 dimensões

Zheng-Hao Liu e seus colegas estavam tentando avaliar o quanto a mecânica quântica difere da teoria clássica realizando um experimento para demonstrar o paradoxo GHZ (Greenberger-Horne-Zeilinger). O estado GHZ, desenvolvido por David Greenberger, Michael Horne e Anton Zeilinger em 1989, é, em sua forma mais simples, um estado quântico entrelaçado que envolve um mínimo de três subsistemas.

O detalhe é que o estado GHZ prevê resultados que desafiam a teoria clássica, como impossibilidades matemáticas, como 1 = -1, dando origem a um paradoxo, um paradoxo que mostra como as propriedades quânticas não podem ser descritas usando a física clássica.

Para demonstrar esse paradoxo em um cenário do mundo real, a equipe encontrou uma maneira de gerar fótons que existem em 37 dimensões, ou seja, é necessário pelo menos 37 pontos de referência para descrever completamente cada um desses fótons.

Para isso, eles usaram a luz coerente de um laser, o entrelaçamento quântico e um processador fotônico baseado em fibras ópticas. O aparato permitiu gerar muito mais dimensões do que as três necessárias para satisfazer o paradoxo GHZ, e assim levar o experimento aonde nenhum outro foi antes, para tentar encontrar um fim onde o enigma pudesse finalmente alcançar uma solução.

Mas o paradoxo continuou paradoxal em 37 dimensões: De acordo com os pesquisadores, o experimento ajuda a esclarecer algumas das incógnitas na teoria quântica em um nível profundamente fundamental, sobretudo que a mecânica quântica é ainda mais não-clássica do que os físicos pensavam.

Na avaliação da equipe, apesar de um século de estudos, experimentos mentais e experimentos experimentais, os cientistas ainda estão apenas vendo a ponta do iceberg quântico, mas eles acreditam que seu experimento abre as portas para novos caminhos de pesquisa em torno de vários aspectos desse mundo ainda pouco compreendido da mecânica quântica.

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