Visualização de um emaranhamento bipartido híbrido entre um único fóton (azul) e uma excitação de onda de spin atômica dentro da célula de vidro de memória quântica, posteriormente confirmado no processo de detecção de um segundo fóton (vermelho). A configuração apresentada permite a demonstração do paradoxo de Einstein-Podolsky-Rosen com posições e momentos verdadeiros. (Fonte:UW Physics, Michal Dabrowski) Crédito:UW Physics, Michal Dabrowski
Um grupo de pesquisadores da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia lançou uma nova luz sobre o famoso paradoxo de Einstein, Podolsky e Rosen após 80 anos. Eles criaram um estado emaranhado multidimensional de um único fóton e um trilhão de átomos de rubídio quente, e armazenou esse emaranhamento híbrido no laboratório por vários microssegundos. A pesquisa foi publicada em Optica .
Em seu famoso Revisão Física artigo, publicado em 1935, Einstein, Podolsky e Rosen consideraram a decomposição de uma partícula em dois produtos. Em seu experimento de pensamento, dois produtos da decadência foram projetados em direções exatamente opostas - ou mais cientificamente falando, seus momentos eram anticorrelacionados. Embora não seja um mistério dentro da estrutura da física clássica, ao aplicar as regras da teoria quântica, os três pesquisadores chegaram a um paradoxo. O princípio da incerteza de Heisenberg, ditar que a posição e o momento de uma partícula não podem ser medidos ao mesmo tempo, está no centro deste paradoxo. No experimento de pensamento de Einstein, é possível medir o momento de uma partícula e saber imediatamente o momento da outra sem medição, porque é exatamente o oposto. Então, medindo a posição da segunda partícula, o princípio da incerteza de Heisenberg é aparentemente violado, um aparente paradoxo que confundiu seriamente os três físicos.
Agora sabemos que este experimento não é, na verdade, um paradoxo. O erro de Einstein e colegas de trabalho foi aplicar a incerteza de uma partícula a um sistema de duas partículas. Se tratarmos essas duas partículas conforme descrito por um único estado quântico, aprendemos que o princípio da incerteza original deixa de se aplicar, especialmente se essas partículas estiverem emaranhadas.
Da direita:Michal Parniak usa o laser verde para iluminar a célula de vidro com memória quântica, propriedade de Wojciech Wasilewski. Michal Dabrowski faz uma medição simultânea da posição e do momento dos fótons gerados dentro da memória. (Fonte:UW Physics, Mateusz Mazelanik) Crédito:UW Physics, Mateusz Mazelanik
No Laboratório de Memória Quântica da Universidade de Varsóvia, o grupo de três físicos foi o primeiro a criar tal estado emaranhado, que consistia em um objeto macroscópico - um grupo de cerca de um trilhão de átomos, e um único fóton. "Fótons únicos, espalhados durante a interação de um feixe de laser com átomos, são registrados em uma câmera sensível. Um único fóton registrado carrega informações sobre o estado quântico de todo o grupo de átomos. Os átomos podem ser armazenados, e seu estado pode ser recuperado sob demanda, "diz Michal Dabrowski, Ph.D. aluno e coautor do artigo.
Os resultados do experimento confirmam que os átomos e o único fóton estão em um estado de emaranhamento conjunto. Medindo a posição e o momento do fóton, os pesquisadores adquiriram todas as informações sobre o estado dos átomos. Para confirmar isso, cientistas poloneses converteram o estado atômico em outro fóton, que foi medido usando a mesma câmera de última geração.
"Demonstramos o aparente paradoxo de Einstein-Podolsky-Rosen em uma versão muito semelhante à proposta originalmente em 1935, mas estendemos o experimento adicionando armazenamento de luz dentro do grande grupo de átomos. Os átomos armazenam o fóton na forma de uma onda feita de spins atômicos contendo um trilhão de átomos. Esse estado é muito robusto contra a perda de um único átomo, como a informação é espalhada por tantas partículas, "diz Michal Parniak, Ph.D. aluno participante do estudo.
O experimento é único de outra maneira, também. A memória quântica que armazena o estado emaranhado permite o armazenamento de até 12 fótons de uma vez. Essa capacidade aprimorada é promissora em termos de aplicações no processamento de informações quânticas. "O emaranhamento multidimensional é armazenado em nosso dispositivo por vários microssegundos, que é cerca de mil vezes mais longo do que em qualquer experimento anterior, e ao mesmo tempo, o suficiente para realizar operações quânticas sutis no estado atômico durante o armazenamento, "explica o Dr. Wojciech Wasilewski, líder de grupo da equipe do Quantum Memories Laboratory.
O emaranhamento no espaço real e momentum, descrito no Optica artigo, pode ser usado em conjunto com outros graus de liberdade bem conhecidos, como polarização, permitindo a geração do chamado hiper-entrelaçamento. Essas ideias constituem um teste novo e original dos fundamentos da mecânica quântica, uma teoria que é incessantemente misteriosa, ainda oferece imenso progresso tecnológico.
