Físicos acabam de emaranhar um par de relógios atômicos a dois metros de distância: WebCuriosos

Poucas coisas no Universo mantêm a batida tão confiável quanto o pulso de um átomo.

No entanto, mesmo os relógios “atômicos” mais avançados, baseados em variações desses cronometristas quânticos, perdem a conta quando levados ao limite.

Os físicos têm conhecido há algum tempo que o emaranhamento de átomos pode ajudar a unir as partículas o suficiente para espremer um pouco mais de cada tique, mas a maioria dos experimentos só conseguiu demonstrar isso nas menores escalas.

Uma equipa de investigadores da Universidade de Oxford, no Reino Unido, empurrou esse limite para uma distância de dois metros (cerca de seis pés), provando que a matemática continua a ser verdadeira em espaços maiores.

Isto não só poderia melhorar a precisão geral dos relógios atômicos ópticos, como também permite um nível de comparação na cronometragem de frações de segundo de múltiplos relógios, a um nível que poderia revelar sinais anteriormente indetectáveis ​​em uma série de fenômenos físicos.

Como o nome indica, os relógios atômicos ópticos usam luz para sondar os movimentos dos átomos e manter o tempo.

Como uma criança num balanço, os componentes dos átomos oscilam para frente e para trás sob um conjunto consistente de restrições. Tudo o que é necessário é um chute confiável, como um fóton de um laser, para colocar o balanço em movimento.

Várias técnicas e materiais foram testados ao longo dos anos para fazer avançar a tecnologia ao ponto de as diferenças nas suas frequências mal chegarem a um erro de um segundo ao longo dos 13 mil milhões de anos do Universo – um nível de precisão que significa que podemos precisamos repensar a maneira como medimos o próprio tempo.

Por mais afinada que esta tecnologia seja, chega um ponto em que as próprias regras de manutenção do tempo se tornam um pouco vagas, graças às incertezas do cenário quântico que introduzem uma série de situações complicadas.

Por exemplo, frequências mais altas de luz podem melhorar a precisão, mas isso ocorre ao custo de pequenas incertezas entre o impulso do fóton e a resposta do átomo se tornarem mais importantes.

Estes, por sua vez, podem ser resolvidos lendo o átomo várias vezes, uma solução que não é isenta de problemas.

Uma leitura de “disparo único” com o tipo certo de pulso de laser seria o ideal. Os físicos sabem que a incerteza desta abordagem pode ser melhorada se o átomo que está sendo medido já tiver tido o seu destino emaranhado com outro.

O emaranhamento é ao mesmo tempo um conceito intuitivo e bizarro. De acordo com a mecânica quântica, não se pode dizer que os objetos tenham um valor ou estado até que sejam observados.

Se já fizerem parte de um sistema maior – talvez através de uma troca de fotões com outros átomos – todas as partes do sistema estarão fadadas a produzir um resultado relativamente previsível.

É como tirar duas moedas da mesma carteira, sabendo que se uma der cara, a outra dará coroa mesmo enquanto gira no ar.

As duas “moedas”, neste caso, eram um par de íons de estrôncio, emaranhados com um fóton que foi enviado por um curto comprimento de fibra óptica.

O teste em si não produziu nenhum nível revolucionário de precisão em relógios atômicos ópticos, embora não fosse essa a intenção.

Em vez disso, a equipe mostrou que, ao emaranhar os átomos carregados de estrôncio, eles poderiam reduzir a incerteza da medição em condições que deveriam permitir-lhes melhorar a precisão no futuro.

Conhecer distâncias macroscópicas de alguns metros não representa nenhum desafio; agora é teoricamente possível entrelaçar relógios atômicos ópticos ao redor do mundo para melhorar sua precisão.

“Embora o nosso resultado seja uma prova de princípio e a precisão absoluta que alcançamos esteja algumas ordens de grandeza abaixo do estado da arte, esperamos que as técnicas mostradas aqui possam algum dia melhorar os sistemas do estado da arte, ” diz físico Raghavendra Srinivas.

“Em algum momento, o emaranhamento será necessário, pois fornece um caminho para a precisão máxima permitida pela teoria quântica”.

Extrair um pouco mais de confiança de cada tique-taque de um relógio atômico pode ser exatamente o que precisamos para medir pequenas diferenças no tempo produzidas por massas nas menores distâncias, uma ferramenta que pode levar a teorias quânticas da gravidade.

Mesmo fora da investigação, a utilização do emaranhamento para reduzir a incerteza nas medições quânticas poderia ter aplicações em tudo, desde a computação quântica à encriptação e comunicações.

Esta pesquisa foi publicada em Natureza.