Investigadores Relacionam o Emaranhamento Quântico com a Topologia
Pela primeira vez, investigadores do Laboratório de Luz Estruturada (Escola de Física) da Universidade de Witwatersrand na África do Sul, liderados pelo Professor Andrew Forbes, colaboraram com o teórico das cordas Robert de Mello Koch da Universidade de Huzhou na China (anteriormente da Universidade de Wits). Demonstraram a notável proeza de perturbar pares de partículas quânticas emaranhadas, separadas no espaço mas ligadas, sem alterar as suas características comuns.
Os investigadores associam o emaranhamento quântico e a topologia: a ligação entre os fotões
O autor principal, Pedro Ornelas, estudante de mestrado no laboratório de luz estruturada, explica: “Conseguimos esta descoberta experimental ao emaranhar dois fotões idênticos e ao ajustar a sua função de onda partilhada. Este ajuste revelou a sua estrutura ou topologia apenas quando consideramos os fotões como uma unidade unificada”.
A ligação entre os fotões, estabelecida através do emaranhamento quântico conhecido como “ação assustadora à distância”, permite que as partículas influenciem as medições umas das outras, apesar de estarem distantes.
Publicada na revista Nature Photonics a 8 de janeiro de 2024, a investigação explora o papel da topologia na preservação das propriedades. É semelhante a transformar uma caneca de café num donut; apesar das alterações, uma caraterística topológica consistente, como um buraco, permanece inalterada.
Forbes explica: “O nosso emaranhamento de fotões é como o barro nas mãos de um oleiro – é maleável, mas algumas características persistem”.
A topologia Skyrmion, inicialmente estudada por Tony Skyrme nos anos 80, representa configurações de campo que apresentam características semelhantes às das partículas. Neste contexto, a topologia refere-se a uma propriedade dos campos, semelhante à textura do tecido, que se mantém constante independentemente da direção.
Materiais Modernos
Estes conceitos são observados em materiais modernos e mesmo em análogos ópticos que utilizam feixes de laser. Na física da matéria condensada, os skyrmions são reconhecidos pela sua estabilidade, com impacto nos avanços do armazenamento de dados.
“Esperamos que os nossos skyrmions emaranhados quânticos conduzam a avanços transformadores”, afirma Forbes. A pesquisa desafia a noção de skyrmions como entidades localizadas, sugerindo que sua topologia é não-local e compartilhada entre entidades separadas.
Os investigadores utilizam a topologia como uma estrutura para classificar os estados emaranhados, expandindo este conceito inovador.
O Dr. Isaac Nape, um co-investigador, prevê: “Esta nova perspetiva pode atuar como um sistema de rotulagem para estados emaranhados, semelhante a um alfabeto!”
Nape esclarece ainda: “À semelhança da forma como diferenciamos objectos como esferas, donuts e algemas com base no seu número de buracos, os nossos skyrmions quânticos possuem características distintas determinadas pela sua topologia”.
A equipa prevê que isto se possa tornar uma ferramenta potente, introduzindo novos protocolos de comunicação quântica que utilizam a topologia como um alfabeto para o processamento de informação quântica através de canais baseados no emaranhamento.
Estas descobertas são cruciais, uma vez que os investigadores há muito que lutam para preservar os estados emaranhados. A topologia duradoura, mesmo quando o emaranhamento enfraquece, aponta para um potencial novo mecanismo de codificação. Este mecanismo poderia tirar partido do emaranhamento, especialmente em cenários em que os métodos de codificação tradicionais falham devido ao emaranhamento mínimo.
“Por isso, estamos a concentrar a nossa investigação na definição destes protocolos e no alargamento do âmbito dos estados quânticos topológicos não-locais”, afirma Forbes.
Leia o Aretigo Original: sciencedaily
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