Caminhamos pelo nosso Universo com a confiança de um gigante, sem pensar muito no fato de que a realidade borbulha de incerteza.
Mas os físicos acabaram de apresentar um lembrete nítido de que até mesmo nosso mundo macroscópico está sujeito às leis da física quântica – ao emaranhar com sucesso um tambor de tamanho milimétrico com uma grande nuvem de átomos.
Os pesquisadores do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhagen conduziram o experimento usando uma membrana de nitreto de silício com 13 nanômetros de espessura e milímetros de comprimento (ou tambor) que zumbia levemente quando atingida por fótons.
Esses fótons, ou partículas de luz, vieram cortesia de uma névoa fina de um bilhão de átomos de césio girando dentro dos limites de uma célula pequena e fria.
Apesar de serem dois objetos muito diferentes, o tambor de milímetros e a névoa de átomos representam um sistema emaranhado – e eles empurram os limites da mecânica quântica.
“Quanto maiores os objetos, quanto mais distantes eles estão, mais díspares eles são, mais interessante o emaranhamento se torna tanto da perspectiva fundamental quanto da aplicada”, diz o pesquisador sênior Eugene Polzik.
“Com o novo resultado, o emaranhamento entre objetos muito diferentes tornou-se possível”.
Emaranhamento é um daqueles conceitos que parecem muito mais místicos do que intuitivos, descrevendo uma conexão entre objetos que existem independentemente do tempo e do espaço.
Não importa quão distantes ou quantos anos tenham se passado, uma mudança em uma parte de um sistema emaranhado leva a um ajuste imediato no resto.
Mais de uma vez, Einstein se referiu ao conceito como uma “ação fantasmagórica à distância”, acreditando que tinha mais a ver com uma deficiência em nosso conhecimento do que com qualquer coisa verdadeiramente bizarra.
Um século depois, nossa compreensão da física quântica não apenas deixa muito espaço para esse tipo de fantasma, mas também está formando a base de novos e incríveis campos de inovação, desde criptografia super forte até novos tipos de radar.
“A mecânica quântica é como uma espada de dois gumes”, disse o físico quântico Michał Parniak do Instituto Niels Bohr.
“Isso nos dá novas tecnologias maravilhosas, mas também limita a precisão das medições que pareceriam fáceis de um ponto de vista clássico.”
Isoladamente, as propriedades de uma única partícula são uma confusão ansiosa de possibilidades representada pela ascensão e queda de uma onda. Ele se move em todas as direções ao mesmo tempo. Gira em duas direções ao mesmo tempo. É tudo e não é nada.
À medida que a partícula interage com outros objetos, sua incerteza não desaparece imediatamente, mas se combina de maneiras complexas que podemos modelar matematicamente.
São esses cálculos previsíveis que constituem a espinha dorsal dos computadores quânticos. No entanto, essa tecnologia depende da rotação de um pequeno número de partículas relativamente idênticas.
É por isso que esta última descoberta é tão importante – um tambor visível balançando em uma brisa de fótons flutuando de uma nuvem de átomos é um jogo totalmente diferente para os físicos.
Poder observar o emaranhamento em uma escala maior, que envolve uma diversidade de materiais, é como estudar uma linguagem que poderia ser aplicada a conversas quânticas.
Isso seria incrivelmente útil para “ouvir” ferramentas que exigem uma precisão incrivelmente fina. Saber como suas probabilidades quânticas se combinam é uma etapa crítica para saber como filtrar o significado do que, de outra forma, parece o caos.
Pegue o enorme conjunto de lasers que constituem o Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser (LIGO), por exemplo. Embora imenso, o coração do dispositivo alinha as ondas de luz com tanta precisão que o próprio zumbido da incerteza em um vácuo vazio corre o risco de bagunçar tudo.
Sistemas macroscópicos emaranhados como os espelhos do LIGO poderiam – em teoria – permitir aos pesquisadores uma melhor explicação para um grau de incerteza quântica.
Um tambor com um milímetro de largura é reconhecidamente um pequeno passo em comparação. Mas, para gigantes como nós, é uma oportunidade crucial para ouvir atentamente como a realidade treme sob nossos pés.
Esta pesquisa foi publicada na Nature.
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