Físicos encontraram uma nova maneira radical de entrelaçar luz e som: WebCuriosos

O emaranhado quântico de partículas é agora uma arte estabelecida. Você pega duas ou mais partículas não medidas e as correlaciona de tal forma que suas propriedades se confundem e se espelham. Meça uma e as propriedades correspondentes da outra se fixam instantaneamente, mesmo quando separadas por uma grande distância.

Numa nova investigação, os físicos teorizaram uma forma ousada de mudar isso, emaranhando duas partículas de tipos muito diferentes – uma unidade de luz, ou um fotão, com um fônon, o equivalente quântico de uma onda sonora.

Os físicos Changlong Zhu, Claudiu Genes e Birgit Stiller, do Instituto Max Planck para a Ciência da Luz, na Alemanha, chamaram seu novo sistema proposto de emaranhamento optoacústico.

Isto representa um sistema híbrido que utiliza duas partículas fundamentais muito diferentes, estabelecendo uma forma de emaranhamento que é excepcionalmente resistente ao ruído externo, um dos maiores problemas enfrentados pela tecnologia quântica, tornando-se um passo significativo em direção a dispositivos quânticos mais robustos.

O emaranhamento quântico tem aplicações promissoras para comunicação quântica de alta velocidade e computação quântica. A física única que define partículas isoladas e emaranhadas antes e depois de serem medidas as torna ideais para uma variedade de usos, desde criptografia até algoritmos de alta velocidade.

Mas o delicado estado quântico necessário para estes processos pode ser facilmente quebrado, um problema que restringiu a sua realização em aplicações práticas.

Os cientistas estão trabalhando para resolver este problema, com alguns caminhos promissores. Dimensionalidade superior reduz o impacto do ruído degradante, assim como adicionando mais partículas ao sistema emaranhado. É muito provável que uma solução viável envolva mais de um caminho, portanto, quanto mais opções tivermos, maior será a probabilidade de encontrarmos a combinação correta.

O caminho que Zhu e seus colegas investigaram envolvia o emparelhamento de fótons não com outros fótons, mas com uma “partícula” de propagação totalmente diferente: o som. Isto é bastante complicado de conseguir, porque os fótons e fônons viajam em velocidades diferentes e têm níveis de energia diferentes.

Os pesquisadores mostraram como as partículas podem ser emaranhadas aproveitando um processo chamado espalhamento Brillouin, pelo qual a luz é espalhada por ondas de vibrações sonoras geradas pelo calor entre os átomos de um material.

Em seu sistema de estado sólido proposto, os pesquisadores pulsariam luz laser e ondas acústicas em um guia de ondas ativo de Brillouin de estado sólido no chip, projetado para induzir o espalhamento de Brillouin. Quando os dois quanta viajam ao longo da mesma estrutura fotônica, o fônon viaja a uma velocidade muito mais lenta, resultando na dispersão que pode emaranhar partículas que carregam níveis de energia dramaticamente diferentes.

O que torna isto ainda mais interessante é que pode ser alcançado a temperaturas mais elevadas do que as abordagens de emaranhamento padrão, retirando o emaranhamento da zona criogénica e reduzindo potencialmente a necessidade de equipamento especializado e caro.

Requer mais investigação e experimentação, mas é um resultado promissor, dizem os pesquisadores.

“O fato de o sistema operar em uma grande largura de banda nos modos óptico e acústico,” eles escrevem“traz uma nova perspectiva de emaranhamento com modos contínuos com grande potencial para aplicações em computação quântica, armazenamento quântico, metrologia quântica, teletransporte quântico, comunicação quântica assistida por emaranhamento e exploração da fronteira entre os mundos clássico e quântico.”

A pesquisa foi publicada em Cartas de revisão física.