14 de Abril de 2023
Novo fenômeno quântico: Descoberta é fruto da colaboração entre Instituto Internacional de Física (IIF) da UFRN e universidades estrangeiras
[0] Comentários | Deixe seu comentário.Por Cyro Souza – IIF/UFRN
Um trabalho gerado a partir de uma colaboração entre cientistas do Instituto Internacional de Física (IIF) da UFRN, a Universidade Sapienza (Itália) e o Instituto Perimeter (Canadá), demonstrou após experimentos um novo tipo de fenômeno quântico, abrindo as portas para novas noções sobre como as partículas se comportam. O artigo Experimental nonclassicality in a causal network without assuming freedom of choice foi publicado na revista científica Nature Communications.
Na física clássica, as relações de causa e efeito estão bem definidas, mas as coisas mudam de figura quando se estuda o mundo microscópico. Esse efeito estranho foi primeiramente descrito em 1935 pelos físicos Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen. Ao estudarem sistemas quânticos distantes entre si, eles observaram que, mesmo que estejam a uma distância gigantesca e sem nenhuma ligação, esses sistemas permanecem emaranhados, ou seja, interligados.
Os estudos desse tema tiveram continuidade na década de 1960 com irlandês John Bell, cujo desdobramento mostrou a não localidade como uma característica inevitável de qualquer teoria clássica que vise reproduzir todas as previsões quânticas. Em sua ideia básica, a desigualdade de Bell afirma certas suposições da física clássica como associadas, significando limites possíveis nas correlações entre objetos distantes. No entanto, experimentos mostraram que a mecânica quântica permite relações em condições de violar esses limites, implicando numa física clássica incompleta na descrição do comportamento desses sistemas.
Em um teste típico de Bell, duas partículas, como fótons, são geradas em um estado emaranhado e depois separadas por uma grande distância. Cada partícula é então enviada para um local diferente, onde suas propriedades são medidas de forma independente. Os resultados dessas medições são comparados e a análise estatística é usada para determinar se as correlações entre as duas partículas violam a desigualdade de Bell.
A teoria quântica prevê a violação de tais desigualdades, tanto que o prêmio Nobel de 2022 laureou três físicos que conseguiram demonstrar esse feito em experimentos fotônicos pioneiros. Esses experimentos colocam os pesquisadores em uma encruzilhada: ou se admite violação radical da estrutura causal nos experimentos, como influências não locais que colidiriam explicitamente com a relatividade especial, ou é preciso mudar a noção clássica de relações de causa e efeito, generalizando-as para um regime quântico.
“É um teste de Bell em que você revela a não-classicalidade, a natureza quântica no experimento, sem a necessidade de uma escolha externa sobre qual experimento fazer, porque, de fato, toda vez que as partículas emaranhadas chegam lá, a gente refaz o mesmo experimento. Nesse novo teste a gente vai além, porque não precisa de escolha e isso era algo considerado essencial para se revelar a natureza quântica das partículas emaranhadas”, explicou o professor Rafael Chaves, líder de pesquisa em Informação Quântica do IIF/UFRN e um dos autores do artigo.
A rede quântica utilizada pela equipe possui uma configuração triangular, em que três estações de medição são conectadas aos pares por três fontes independentes, compartilhando pares de subsistemas. Assim, usando uma única fonte quântica junto com duas fontes que compartilham bits clássicos de informação, são obtidas correlações não explicadas por nenhum modelo clássico.
Por um lado, o trabalho revelou experimentalmente um tipo fundamentalmente novo de não-classicalidade quântica em relação a demonstrações anteriores que se baseavam no uso de escolhas livres externas. Por outro lado, as técnicas experimentais e a análise avançada de dados são gerais e podem ser estendidas para estudar em princípio redes arbitrárias. Dessa forma, o trabalho abre caminho para o estudo de novos cenários e para aplicações na futura internet, na qual a não classicidade quântica será explorada para comunicações intrinsecamente seguras.
Além de Rafael Chaves, a pesquisa tem como autores os físicos Askery Canabarro, da Universidade Federal de Alagoas (UFAL), George Moreno (IIF/UFRN), Robert W. Spekkens e Elie Wolfe, da Perimeter Institute for Theoretical Physics (Perimeter), e Fabio Sciarrino, do Dipartimento di Fisica-Sapienza Università di Roma (Sapienza).
