Entrelaçamento quântico é observado em objetos quase macroscópicos

E se… a física quântica funcionasse em nível macroscópico?

Você provavelmente já ouviu falar que existem duas físicas: a física tradicional, que estuda os movimentos e as propriedades dos corpos “normais”, e a física quântica, que só se aplica a partículas muito pequenas, como os átomos. As duas físicas não se dão muito bem. Onde uma funciona, a outra parece não fazer muito efeito. Mas algo extraordinário acabou de acontecer: um novo estudo acabou de mostrar efeitos da física quântica em corpos grandes, quase macroscópicos.

O entrelaçamento (ou emaranhamento) quântico é a base da física quântica. Ele é aquela estranha propriedade da física que afirma que duas partículas, mesmo a um ano-luz de distância uma da outra, podem estar ligadas e ter o mesmo comportamento. Isso já foi visto em elétrons e átomos.

No entanto, agora temos a confirmação da “ação assustadora” (que é como Einstein chamava o entrelaçamento) em objetos que são quase visíveis ao olho humano, e em duas pesquisas diferentes, ambas publicadas na revista Nature. Os físicos agora estão se perguntando se a escala de dimensões pode subir desta forma. Se levadas adiante, as pesquisas poderiam abrir novos debates sobre forças como a gravidade e a fabricação de computadores quânticos.

Uma das pesquisas é de uma equipe de físicos liderada por Mika Sillanpää, da Universidade Aalto, na Finlândia. A outra é liderada pela Universidade de Viena, na Áustria, e a Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda. Os físicos descrevem como agora podemos ver o fenômeno se desenrolar em detalhes sem precedentes dentro de estruturas microscópicas, o que significa que quase conseguimos ver os objetos entrelaçados com nossos próprios olhos.

Esta não é a primeira vez que isso foi alcançado: em 2011, usando um par de diamantes visíveis, os estados vibracionais de ambos foram combinados em um estado de entrelaçamento quântico. Além disso, em 2009, os cientistas usaram supercondutores minúsculos, mas macroscópicos, para ver os efeitos do entrelaçamento quântico a olho nu também.

Mas dessa vez os cientistas alcançaram algo novo. “O emaranhamento é alcançado rotineiramente em circuitos elétricos hoje em dia”, afirma Sillanpää. “A diferença no nosso caso é que temos todo o corpo físico (praticamente visível a olho nu), todos os seus átomos e elétrons, participando do emaranhamento coletivo”.

Ambas as pesquisas representam um estimulante avanço para o campo. Usando dois métodos diferentes, as equipes conseguiram fazer com que dois osciladores sob medida, não conectados e microscópicos – dispositivos que geram correntes elétricas que mudam periodicamente – demonstrassem o emaranhamento quântico.

A equipe finlandesa usou microondas para forçar os dois osciladores de alumínio em um único estado quântico, enquanto a outra equipe usou lasers para fazer o mesmo com segmentos de silício.

A ação assustadora

O emaranhamento quântico é uma das coisas mais fascinantes já descritas pela ciência. Às vezes, duas partículas separadas por uma distância enorme podem agir como se fossem um par. Seus comportamentos se espelham instantaneamente e, apesar de não terem uma conexão física clara, elas se comportam como uma única partícula ou um único sistema.

Partículas fundamentais têm uma propriedade chamada “spin”, que descreve algumas de suas propriedades. Quando medimos o spin das partículas, influenciamos a orientação desse spin. Se você tiver duas partículas emparelhadas e medir o spin de ambas, verá que as duas têm a orientação da rotação oposta à outra. Isso significa que, se você mede apenas uma partícula, sabe qual será a rotação da outra – porque, por acaso, elas estão emaranhadas.

Qualquer que seja a orientação de rotação aleatória de uma partícula, a outra no par mostra a rotação aleatória “oposta”. Independentemente de estarem separadas por um nanômetro ou por metade da galáxia, isso é verdade, e isso acontece porque o universo deve preservar seu momento angular geral.

Einstein, que notoriamente não gostava da teoria, referiu-se ceticamente a ela como “ação assustadora à distância”. Na prática, isso significa que podemos criar redes de comunicação super-seguras compostas de partículas pareadas, sem nenhuma linha de comunicação “real” e hackeável entre elas.

Para definir essas redes de comunicação quânticas, precisamos da arquitetura tecnológica para construí-las. A equipe do experimento Austríaco e Holandês explica que seu trabalho, em conjunto com outros, pode “fornecer uma espinha dorsal para uma futura Internet quântica baseada em computadores quânticos supercondutores”.

Por outro lado, o documento finlandês observa que seu trabalho, no momento, estabelecerá “um novo regime para a mecânica quântica experimental”, útil para entender ainda mais o estranho mundo que não enxergamos.

Por Jéssica Maes, em 27.04.2018 em Hypescience