O emaranhamento quântico visualizado pela primeira vez

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O emaranhamento quântico visualizado pela primeira vez
O misterioso fenômeno que Einstein descreveu como “ação apossosa à distância” foi visto como uma
função de onda entre dois fótons emaranhados.
A física quântica, o reino da ciência que descreve o Universo nas menores escalas, é conhecida por
seus fenômenos contra-intuitivos que parecem desafiar todas as leis da física em uma escala cotidiana.
Indiscutivelmente nenhum dos aspectos da física quântica é tão surpreendente ou tão preocupante
quanto o emaranhamento, a ideia de que duas partículas podem ser conectadas de tal forma que uma
mudança para uma é instantaneamente refletida na outra, mesmo que as duas partículas estejam em
lados opostos do Universo. É a palavra “instantaneamente” que perturbou Albert Einstein o suficiente
para descrever o entrelaçamento como “ação ameixa a um passo à distância”.
Isso porque, ao desenvolver a relatividade especial, Einstein introduziu o conceito de que o Universo tem
um limite de velocidade definido – a velocidade da luz no vácuo – para a transferência de informações. A
natureza instantânea da interação entre partículas parece funcionar mais rápido que a luz. E, no entanto,
por mais “espuma” que possa ser, nos cerca de 100 anos desde a sua criação, o emaranhamento
provou ser um aspecto real do Universo.
Um novo desenvolvimento ajudará a cimentar ainda mais a “realidade” do entrelaçamento quântico. Uma
equipe de pesquisadores da Universidade de Ottawa e da Universidade Sapienza de Roma demonstrou
uma nova técnica que permite a visualização de um par de fótons emaranhados – partículas de luz. Mais
https://www.advancedsciencenews.com/?s=quantum+mechanics
https://www.advancedsciencenews.com/teleportation-is-possible-it-just-depends-on-scale/
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precisamente, o que os cientistas manifestaram e o que eles descrevem em um artigo publicado na
Nature Photonics é a função de onda deste sistema quântico.
“Em nosso contexto, nos referimos à função de onda como uma especificação espacialmente resolvida
do estado de um sistema quântico. Ele nos diz tudo o que podemos saber sobre o sistema quântico de
interesse”, disse Alessio D’Errico, pós-doutorado da Universidade de Ottawa. “Mais precisamente, a
função de onda nos permite calcular a probabilidade de qualquer resultado de medição.
“No caso de dois fótons emaranhados, conhecer a função de onda nos dirá qual é a probabilidade de
encontrar, ao mesmo tempo, uma partícula no ponto A e a outra partícula no ponto B.”
Entangação e holografia
D’Errico explicou que o trabalho da equipe foi fundado na técnica da holografia digital, um processo que
é comumente usado para recuperar a forma de objetos 3D da luz dispersa e reconstruir a fase dos feixes
de laser.
Técnicas holográficas como essa dependem do fato de que a luz pode ser modelada como uma onda, e
quando duas ondas se sobrepõem e estão “em fase”, onde um pico significa um pico ou um vale
encontra uma calha, essa característica da onda é amplificada – um fenômeno chamado interferência
construtiva.
Mas, quando as ondas de luz estão fora de fase, um pico encontra uma calha, e as características se
cancelam – isso é chamado, previsivelmente, talvez, de interferência destrutiva.
O padrão de inferência que resulta da sobreposição de duas ondas de luz - uma conhecida (uma onda
de referência) e a outra desconhecida - pode dar informações sobre a onda desconhecida, permitindo
que ela seja reconstruída. Isso significa que as técnicas holográficas podem reconstruir um objeto 3D a
partir de imagens 2D. A equipe estendeu a técnica da holografia digital para resolver o problema de
reconstruir o estado de dois fótons emaranhados.
“Nossa ideia era encontrar uma maneira de entender a fase e a intensidade de uma ‘onda’ feita de
apenas dois fótons emaranhados. Para fazer isso, percebemos que precisávamos de uma onda de
referência apropriada, e a melhor delas é outro estado de dois fótons, que, é claro, temos que assumir
que saber perfeitamente”, disse D’Errico. “Esta onda de referência pode ser obtida a partir de fontes bem
estudadas. O próximo passo é sobrepor as duas ondas de tal forma que, no estágio de medição, não
possamos dizer de qual fonte cada fóton está vindo.
A equipe descobriu que as informações sobre a fonte desconhecida não estavam codificadas na
distribuição de intensidade das duas ondas sobrepostas, mas foram trancadas na distribuição das
coincidências.
“As imagens de incidência nos dizem onde os pares de fótons chegam em um detector ao mesmo
tempo”, acrescentou D’Errico. “A análise foi permitida por uma nova tecnologia de câmera, onde cada
pixel pode nos dar não apenas o número de eventos detectados, mas também acompanhar seu tempo
de chegada com uma resolução de um 1000000000 de segundo (um nanossegundo), o que é suficiente
para detectar fótons ‘coincident’.”
https://www.nature.com/articles/s41566-023-01272-3
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A imagem resultante da função de onda desses fótons emaranhados é fortemente uma reminiscência de
um símbolo Yin e Yang, que na cultura chinesa representa o conceito de forças interconectadas. O
trabalho tem muito mais valor além da mera estética, no entanto. Também tem implicações para
tecnologias quânticas como computadores quânticos que dependem de funções de onda e envolvimento
para operar.
“Qualquer tecnologia quântica baseada na geração e transformação do estado de duas ou mais
partículas terá que ser testada medindo a função de onda do estado final”, concluiu D’Errico. “Esta
técnica também tem o potencial de inspirar novas técnicas de imagem que vão além dos limites de
resolução da óptica clássica.”
Referência: Zia. D., Dehghan. N., D’Errico (em versão: D’Errico) A., et al, Imagem interferométrica de
amplitude e fase de estados bifóton espaciais, Nature Photonics, (2023), DOI: 10.1038/s41566–023–
01272–3
Crédito da imagem: reconstrução holográfica do estado de Biphoton. Fotonices da natureza (2023). DOI:
10.1038/s41566-023-01272-3
ASN WeeklyTradução
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https://www.nature.com/articles/s41566-023-01272-3