J. Teufel/NIST
Os pesquisadores fizeram vibrar as pequenas membranas dos tambores usando fótons de micro-ondas e as deixaram em um estado sincronizado em termos de sua posição e velocidade.
O entrelaçamento quântico — também conhecido como emaranhamento quântico — é a conexão de duas partículas ou objetos, mesmo que estejam muito distantes; suas respectivas propriedades estão ligadas de uma maneira que incompreensível sob as regras da física clássica.
É um fenômeno estranho que Einstein descreveu como “ação assustadora à distância“, mas sua estranheza é o que o torna tão fascinante para os cientistas. Em novas pesquisas, o emaranhamento quântico foi diretamente observado e registrado na escala macroscópica – uma escala muito maior do que as partículas subatômicas normalmente associadas ao entrelaçamento.
As dimensões envolvidas ainda são muito pequenas — esses experimentos envolveram dois pequenos tambores de alumínio um quinto da largura de um cabelo humano — mas no reino da física quântica eles são absolutamente enormes.
“Se você analisar os dados de posição e momento dos dois tambores de forma independente, cada um deles simplesmente parece quente”, diz o físico John Teufel,do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) nos EUA.
“Mas olhando para eles juntos, podemos ver que o que parece movimento aleatório de um tambor está altamente correlacionado com o outro, de maneira que só é possível através do entrelaçamento quântico.”
Embora não haja regra que indique que o emaranhamento quântico não pudesse ocorrer com objetos macroscópicos, até agora se pensava que os efeitos não eram perceptíveis em escalas maiores ou talvez que a escala macroscópica fosse regida por conjunto de regras distinto.
Esta nova pesquisa sugere que não é o caso. Na verdade, as mesmas regras quânticas também se aplicam aqui, e podem ser vistas também. Os pesquisadores fizeram vibrar as pequenas membranas dos tambores usando fótons de micro-ondas e as deixaram em um estado sincronizado em termos de sua posição e velocidade.
Para evitar interferência externa, um problema comum com estados quânticos, os tambores foram resfriados, emaranhados e medidos em estágios separados enquanto estavam dentro de um recipiente refrigerado criogenicamente. Os estados dos tambores são então codificados em um campo de micro-ondas refletido que funciona como se fosse radar.
Estudos anteriores também relataram o emaranhado quântico macroscópico, mas a nova pesquisa vai além: Todas as medidas necessárias foram registradas em vez de inferidas, e o emaranhamento foi gerado de forma determinística e não aleatória.
Em uma série de experimentos relacionados, mas separados, outros pesquisadores que também trabalhavam com tambores macroscópicos (ou osciladores) em um estado de entrelaçamento quântico mostraram como é possível medir a posição e o momento dos dois tambores ao mesmo tempo.
“Em nosso trabalho, os tambores exibem um movimento quântico coletivo”, diz o físico Laure Mercier de Lepinay, da Universidade de Aalto, na Finlândia. “Os tambores vibram em uma fase oposta uma à outra, de modo que quando um deles está na posição final do ciclo de vibração, o outro está na posição oposta ao mesmo tempo.”
“Nesta situação, a incerteza quântica do movimento dos tambores é cancelada se os dois tambores forem tratados como uma entidade quântica-mecânica.”
O que torna esta notícia importante é que ele contorna o Princípio da Incerteza de Heisenberg; a ideia de que a posição e a velocidade não podem ser perfeitamente medidas ao mesmo tempo. O princípio afirma que medir qualquer a posição por exemplo interfere com a velocidade (e vice-versa) através de um processo chamado ação quântica reversa.
Além de apoiar o outro estudo na demonstração do emaranhado quântico macroscópico, esta pesquisa em particular usa esse emaranhamento para evitar a ação quântica de reversa essencialmente investigando o limite entre a física clássica (onde o Princípio da Incerteza se aplica) e a física quântica.
Uma das aplicações futuras potenciais de ambos os conjuntos de descobertas está nas redes quânticas; ser capaz de manipular e emaranhar objetos em uma escala macroscópica para que possam alimentar redes de comunicação de última geração.
“Além das aplicações práticas, esses experimentos abordam até onde os experimentos do reino macroscópico podem chegar na observação de fenômenos distintamente quânticos”, escrevem os físicos Hoi-Kwan Lau e Aashish Clerk, que não estavam envolvidos nos estudos.
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