Entrelaamento de tomos – Emaranhamento de tomos

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 19/03/2021

Entrelaamento de tomos

Se jogarmos duas moedas, o resultado de um lanamento no tem nada a ver com o resultado do outro: As chances so de 50% de tirar cara ou coroa mas, se voc tirar cara, no significa que agora haver 100% de chance de tirar coroa; as moedas so objetos independentes.

No mundo da fsica quntica, as coisas so diferentes: as partculas qunticas podem ser entrelaadas e, nesse caso, no podem mais ser consideradas como objetos individuais independentes, s podendo ser descritas como um sistema conjunto.

Durante anos, foi possvel produzir ftons entrelaados – pares de partculas de luz que se movem em direes completamente diferentes, mas ainda esto associados um ao outro. Tm havido resultados espetaculares, por exemplo, no campo do teletransporte quntico e da criptografia quntica.

Agora, Filippo Borselli e seus colegas da Universidade Tecnolgica de Viena, na ustria, conseguiram produzir pares de tomos entrelaados – e no apenas tomos que so emitidos em todas as direes, mas feixes bem definidos de tomos.

tomos gmeos

Existem diferentes mtodos de criao de entrelaamento quntico. Por exemplo, cristais especiais podem ser usados para criar pares de ftons entrelaados: Um fton com alta energia convertido pelo cristal em dois ftons de baixa energia – isso chamado de “converso descendente” e permite que um grande nmero de pares de ftons entrelaados seja produzido de forma rpida e fcil.

Entrelaar tomos, no entanto, muito mais difcil. tomos individuais podem ser entrelaados usando operaes de laser complicadas, ou voc pode esperar para produzi-los por processos aleatrios, o que no prtico.

A nova tcnica permite que, a partir de agora, pares de tomos gmeos sejam produzidos de maneira controlada. Para isso, uma nuvem de tomos ultrafria contida por foras eletromagnticas dentro de um minsculo chip. “Ns manipulamos esses tomos para que eles no acabem no estado com a energia mais baixa possvel, mas em um estado de energia mais alta,” conta o professor Jrg Schmiedmayer.

A partir desse estado excitado, os tomos retornam espontaneamente ao estado fundamental com a energia mais baixa.

No entanto, a armadilha eletromagntica construda de tal forma que esse retorno ao estado fundamental fisicamente impossvel para um nico tomo – isso violaria a conservao do momento.

Os tomos, portanto, s podem decair para o estado fundamental como pares e voar em direes opostas, de modo que seu momento total permanea zero. Isso cria tomos gmeos que se movem exatamente na direo especificada pela geometria da armadilha eletromagntica no chip.

No possvel mexer com um dos tomos entrelaados sem afetar imediatamente o outro.
[Imagem: F. Borselli et al. – 10.1103/PhysRevLett.126.083603]

Experimento da dupla fenda

A armadilha magntica consiste em dois guias de ondas paralelos. O par de tomos gmeos pode ter sido criado no guia de onda esquerdo ou direito – ou, como a fsica quntica permite, em ambos simultaneamente.

” como o conhecido experimento da dupla fenda, em que voc atira uma partcula em uma parede com duas fendas,” explica Schmiedmayer. “A partcula pode passar pela fenda esquerda e direita ao mesmo tempo, atrs da qual interfere em si mesma, e isso cria padres de onda que podem ser medidos.”

O mesmo princpio pode ser usado para provar que os tomos gmeos so de fato partculas entrelaadas: Somente se voc medir todo o sistema – ou seja, os dois tomos ao mesmo tempo – voc pode detectar as superposies em forma de onda tpicas dos fenmenos qunticos. Se, por outro lado, voc se restringe a uma nica partcula, a superposio de onda desaparece completamente.

Agora que foi provado que nuvens de tomos ultrafrias podem de fato ser usadas para produzir tomos gmeos entrelaados de maneira confivel, o caminho se abre para outros experimentos qunticos usando esses pares de tomos – semelhantes aos que j foram possveis com pares de ftons.

Se isso vai nos permitir fazer coisas novas ou melhorar o que j fazemos com ftons? Teremos que esperar os resultados para saber.

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