Entrelaçamentos de Fótons

Fonte: HISTORY CHANNEL BRASIL EM 26 DE AGOSTO DE 2023 ÀS 12:59 HS

Uma equipe internacional de pesquisadores demonstrou uma técnica inovadora que permite a visualização da função de onda de dois fótons entrelaçados, as partículas elementares que constituem a luz, em tempo real. Incrivelmente, a imagem resultante remete ao símbolo "Yin-Yang" (par de forças que representa a dualidade de tudo que existe no universo, segundo a tradição religiosa e filosófica chinesa do taoismo). O estudo descrevendo o experimento foi liderado por Ebrahim Karimi, da Universidade de Ottawa, no Canadá, e publicado no periódico Nature Photonics.

Entrelaçamento quântico

De acordo com a física quântica, o entrelaçamento é um fenômeno que faz com que um conjunto de partículas elementares compartilhe certas características ainda que não haja nenhuma ligação física entre elas. Assim, duas partículas distintas se comportariam como uma só, mesmo estando muito distantes entre si. Esse complexo conceito era questionado até mesmo por Albert Einstein, que classificava-o como uma "ação fantasmagórica à distância".

Para observar com precisão um objeto quântico, os físicos precisam encontrar sua função de onda (descrição de seu estado que existe em uma superposição de todos os possíveis valores físicos que um fóton pode assumir). O entrelaçamento representa um desafio para tentar descobrir a função de onda de duas partículas conectadas, já que qualquer medição em uma também causa uma mudança instantânea na outra. Para executar essa tarefa, os físicos geralmente usam um método conhecido como tomografia quântica.

Esse processo normalmente envolve medições complexas que introduzem a "dimensionalidade", o número de propriedades ou características distintas que um sistema quântico pode possuir e pelas quais pode ser medido. Experimentos anteriores envolvendo a tomografia quântica para medir o estado quântico de alta dimensão de dois fótons entrelaçados costumavam levar horas ou até mesmo dias para serem concluídos. Os pesquisadores dizem que o processo é demorado porque é como reconstruir a forma de um objeto 3D a partir das sombras 2D que ele projeta nas paredes.

Na óptica clássica, entretanto, existe outra maneira de reconstruir um objeto 3D. Esse método se chama holografia digital e se baseia no registro de uma única imagem, chamada interferograma, obtida pela interferência da luz espalhada pelo objeto com uma luz de referência. O holograma se forma a partir do padrão de interferência da luz, ou do padrão no qual os picos e vales das duas ondas de luz se somam ou se cancelam. 

Os pesquisadores usaram uma câmera capaz de fazer imagens com precisão de nanossegundos para registrar o experimento. O resultado foi a imagem dos dois fótons entrelaçados como se fossem um símbolo de "Yin-Yang". “Este método é exponencialmente mais rápido que as técnicas anteriores, exigindo apenas minutos ou segundos em vez de dias", disse Alessio D’Errico, pesquisador da Universidade de Ottawa e um dos coautores do estudo.