Físicos Descobrem um Método Inovador para Emaranhar Luz e Som
(Alasabyss/Creatas Video+/Getty Images Plus)
O emaranhamento quântico, uma pedra angular da física moderna, envolve a correlação de duas ou mais partículas não medidas, de modo a que as suas propriedades se entrelacem e se espelhem mutuamente. Quando uma partícula é medida, as propriedades correspondentes da sua contraparte solidificam-se instantaneamente, mesmo quando as duas estão separadas por grandes distâncias.
Num desenvolvimento inovador, os físicos introduziram um conceito novo e arrojado: emaranhar dois tipos de partículas completamente diferentes – um fotão, que representa uma unidade de luz, e um fão, o equivalente quântico de uma onda sonora. Changlong Zhu, Claudiu Genes e Birgit Stiller, do Instituto Max Planck para a Ciência da Luz, na Alemanha, chamaram a esta abordagem inovadora “entrelaçamento optoacústico”.
Este sistema híbrido combina duas partículas fundamentalmente diferentes para criar uma forma de emaranhamento que resiste ao ruído externo, um dos desafios mais significativos da tecnologia quântica. Consequentemente, este avanço marca um passo fundamental para dispositivos quânticos mais fiáveis e robustos.
O emaranhamento quântico oferece possibilidades interessantes para a comunicação e a computação quânticas de alta velocidade. A física distinta que rege as partículas isoladas e emaranhadas, tanto antes como depois da medição, torna-as ideais para aplicações como a encriptação e os algoritmos avançados. No entanto, estes processos dependem da manutenção de um estado quântico frágil, que é altamente suscetível de ser perturbado – um obstáculo fundamental na tradução da teoria quântica em tecnologias práticas.
Caminhos Inovadores para Ultrapassar a Fragilidade Quântica
Impressão artística de uma luz laser emaranhada com uma onda acústica. (Alexandra Genes/MPL)
Os investigadores estão a explorar diligentemente soluções para resolver este problema, tendo surgido vários caminhos promissores. O aumento da dimensionalidade pode atenuar os efeitos do ruído, tal como a incorporação de mais partículas no sistema emaranhado. Uma vez que uma solução viável irá provavelmente combinar várias abordagens, alargar o leque de opções aumenta a probabilidade de encontrar uma estratégia eficaz.
Zhu e os seus colegas escolheram uma via pouco convencional, emparelhando fotões não com outros fotões mas com fónons – partículas de som. Este emparelhamento apresenta desafios únicos porque os fotões e os fónons diferem significativamente em termos de velocidade e níveis de energia. Para ultrapassar estas diferenças, os investigadores utilizaram a dispersão de Brillouin, um processo em que a luz interage com vibrações sonoras induzidas pelo calor num material.
O sistema proposto utiliza um guia de ondas ativo de Brillouin em estado sólido. Ao introduzir impulsos de laser e ondas acústicas nesta estrutura baseada em chips, pode ocorrer a dispersão de Brillouin. À medida que os fotões e os fónons viajam através do mesmo meio fotónico, os fónons mais lentos interagem com os fotões, criando um emaranhamento entre partículas com níveis de energia muito diferentes.
Funcionamento a temperaturas mais elevadas: Um avanço económico
Um esquema que descreve a experiência proposta. (Zhu et al., Phys. Rev. Lett., 2024)
O que torna esta abordagem particularmente atractiva é a sua capacidade de funcionar a temperaturas mais elevadas do que as técnicas tradicionais de entrelaçamento. Este avanço elimina a necessidade de ambientes criogénicos, reduzindo potencialmente a dependência de equipamento dispendioso e especializado.
Embora sejam necessárias mais experiências e aperfeiçoamentos, os resultados iniciais são muito encorajadores. Os investigadores destacam a ampla largura de banda operacional do seu sistema, que acomoda os modos ótico e acústico. Esta versatilidade abre oportunidades interessantes para as tecnologias quânticas, incluindo a computação, o armazenamento, a metrologia, o teletransporte e a comunicação. Também proporciona novas vias para explorar a fronteira entre a física clássica e a física quântica.
“A capacidade do sistema para funcionar numa vasta gama de modos ópticos e acústicos”, escreve a equipa, ‘introduz possibilidades interessantes de emaranhamento com modos contínuos, oferecendo um potencial significativo para o avanço das tecnologias quânticas e fazendo a ponte entre os domínios clássico e quântico’.
Leia o Artigo Original: Science Alert
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