“Nascimento” do emaranhamento quântico é cronometrado pela primeira vez

Um dos fenômenos mais misteriosos da física é o emaranhamento quântico, conceito que dita a ligação entre duas partículas. Uma vez conectadas, qualquer mudança em uma delas causaria uma alteração instantânea na outra, mesmo que estejam separadas por grandes distâncias. A questão é que isso desafiaria as leis da física clássica, e o surgimento do evento era, em geral, desconhecido.

Clique e siga o Canaltech no WhatsApp Buraco de minhoca é simulado em computador quântico e “teleporta” informações Emaranhamento quântico de fótons é observado em tempo real

Em outras palavras, as partículas não teriam propriedades individuais, mas sim propriedades comuns, estando intimamente ligadas, de alguma maneira. Agora, cientistas da Universidade Técnica de Viena, em colaboração com pesquisadores chineses, identificaram o nascimento do emaranhado quântico pela primeira vez na história.

Emaranhamento ao vivo

A chave para testemunhar emaranhamentos quânticos foi trabalhar em escalas de tempo extremamente pequenas — attossegundos, que representam um bilionésimo de um bilionésimo de um segundo. Simulações computacionais tiveram de ser usadas para recriar as interações entre átomos e pulsos intensos de laser.

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No emaranhamento quântico, elétrons se tornam ligados de maneira que influenciam um ao outro mesmo separados por distâncias muito longas (Imagem: N. Hanacek/NIST)

Focando em um átomo atingido por laser, percebeu-se que um de seus elétrons é jogado para longe, enquanto um segundo elétron, que fica no átomo, absorve energia e pula para uma camada energética mais alta. Esses dois elétrons se emaranham, o que é demonstrável em laboratório.

Só é possível, após o processo, analisar os elétrons em conjunto — uma medição de um deles informa os cientistas sobre o estado do outro elétron ao mesmo tempo.

O momento exato do escape de um elétron de um átomo é correlacionado com o estado energético do elétron remanescente, e, surpreendentemente, esse evento não é um momento fixo, mas sim uma superposição quântica. Isso quer dizer que o elétron existe em múltiplos momentos ao mesmo tempo.

O estado de elétrons que ficaram no átomo e de elétrons que escaparam se torna ligado, de tal maneira que é possível saber sobre ambos medindo propriedades de apenas um (Imagem: Hal Gatewood/Unsplash)

Em outras palavras, o nascimento do elétron viajante não é sabido a princípio — é como se o elétron não “soubesse” quando saiu do átomo, tendo saído tanto antes quanto depois de um momento no tempo.

Da mesma forma, a energia do elétron remanescente também é incerta. Se esse elétron tem uma energia mais baixa, o elétron que escapou saiu depois do tempo atual (232 attossegundos, em média), mas, se possui uma energia mais alta, saiu antes.

Essas diferenças não só podem ser calculadas, mas também medidas em experimentos. Os pesquisadores, atualmente, estão trabalhando com física experimental para confirmar essas simulações em um ambiente laboratorial real, e, confirmando os achados, os campos da computação quântica e da criptografia quântica poderão ser revolucionados de vez.

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