Físicos conseguem emaranhar 15 trilhões de átomos

Com certeza, você lembra de ter estudado sobre os átomos em suas aulas de ciência. Você pode não se lembrar muito de detalhes sobre eles. Basicamente, o átomo é o formador de tudo aquilo que ocupa um lugar no espaço e que tem uma massa.

E se o átomo forma tudo aquilo que vemos no mundo, ele também deve ser formado por alguma coisa, não é mesmo?! Existia um tempo em que estudiosos achavam que ele era a menor parte da matéria, mas isso caiu por terra quando conseguiram abrir o átomo e ver que existiam outras coisas dentro dele. A constituição dos átomos é feita de prótons, nêutrons e elétrons, o que faz com ele não seja a menor parte da matéria.

O estudo dos átomos sempre esteve presente na ciência. E os físicos do Instituto de Ciência Fotônica, de Barcelona conseguiram um novo recorde. Eles foram capazes de emaranhar 15 trilhões de átomos, através do fenômeno famoso chamado entrelaçamento quântico.

Quando os átomos são emaranhados quanticamente eles ficam ligados. E qualquer ação feita por algum deles afeta os outros. E a distância que eles estão um do outro não importa.

Há tempos, Einstein chamou esse processo de “ação fantasmagórica à distância”. O fenômeno tem várias aplicações em tecnologias futuras como a computação quântica e a criptografia.

De acordo com os pesquisadores, esse feito deles pode ser um caminha para a criação de sensores mais precisos que consigam detectar ondas gravitacionais ou então a matéria escura.

Estudo

Esse emaranhamento, em si, não é uma coisa nova. Mas eles são conhecidos por serem muito frágeis. Isso quer dier que os links quânticos feitos por eles podem se quebrar com facilidade por causa da vibração interna menor ou então por conta de alguma interferência externa.

Para fazer experimentos quânticos, os pesquisadores normalmente os fazem nas menores temperaturas possíveis. Eles fazem isso para que os átomos fiquem menos propensos a vibrarem ou baterem um no outro e perderem a coerência.

Mas isso tem um problema. E a autora principal do estudo, Jia Kong, diz que esses ambientes com uma temperatura baixa com os átomos ultrafinos limitam a aplicação do estudo desse emaranhado de átomos.

Nova visão

Para esse novo estudo, os pesquisadores aqueceram um tubo de vidro cheio de rubído vaporizado e gás nitrogênio inerte a 177º Celcius. Com essa temperatura, os átomos de rubídio entram num estado de caos e ficam com milhares de colisões acontecendo a cada segundo. E em cada colisão dessas, a energia e spin são transferidos.

O spin, na mecânica quântica, é uma propriedade fundamental das partículas, assim como a massa ou a carga elétrica. Ele dá as partículas um momento angular intrínseco.

De vários jeitos, o spin de um átomo é parecido com a rotação de um planeta. Ele também cria um momento angular e um campo magnético fraco. Mas é somente nisso, que eles se parecem. Isso porque, partículas como prótons e elétrons não podem ser consideradas objetos sólidos que giram.

E quando os cientistas tentam medir o spin de um partícula eles tem apenas duas respostas, ou para cima ou para baixo. Mas o campo magnético minúsculo que o spin gera é o que dá aos cientistas a possibilidade de o medir de várias maneiras.

Uma dessas formas é com luz polarizada, ou ondas eletromagnéticas que oscilam em uma direção única. Os pesquisadores então direcionaram uma luz polarizada par o tubo de vidro de rubídios.

Quando o spin dos átomos começa a agira como um imã minúsculo, a polarização da luz rotaciona a medida que ela passa pelo gás e interage com seu campo magnético.

Essa interação cria um entrelaçamento entre os átomos e o gás. E quando os cientistas medem essa rotação da luz, eles conseguem determinar o spin total da nuvem de átomos do tubo. Como consequência, o entrelaçamento e transferido para os átomos. Isso os deixa em um estado emaranhado.

Aplicações

Como nesse cenário, os pesquisadores só conseguem entender o estado coletivo dos átomos entrelaçados ele não é muito o ideal para algumas aplicações. Como por exemplo, as esperadas para a tecnologia quântica, como os computadores quânticos. Para ser usado neles é preciso o conhecimento do estado individual de partículas emaranhadas.

Mas essa técnica tem um potencial incrível para outras aplicações. Principalmente para o desenvolvimento de detectores de campos magnéticos ultra sensíveis. Eles conseguem medir campos magnéticos mais de 10 bilhões de vezes mais fracos do que o campo magnético do nosso planeta.

“Esperamos que esse tipo de estado gigante emaranhado leve a sensores de melhor desempenho em aplicações que variam de imagens do cérebro a carros autônomos a pesquisas de matéria escura”, concluiu Morgan Mitchell, professor de física do Instituto e outro membro do estudo.