Somando-se a fortes demonstrações recentes de que as partículas de luz realizam o que Einstein chamou de "ação fantasmagórica à distância, "em que dois objetos separados podem ter uma conexão que excede a experiência cotidiana, físicos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) confirmaram que partículas de matéria também podem atuar de forma realmente assustadora.

A equipe do NIST emaranhou um par de íons de berílio (átomos carregados) em uma armadilha, ligando assim suas propriedades, e então separou o par e realizou uma de um conjunto de possíveis manipulações nas propriedades de cada íon antes de medi-los. Em milhares de corridas, os resultados de medição do par em certos casos combinados, ou em outros casos diferiram, com mais frequência do que a experiência cotidiana poderia prever. Essas fortes correlações são marcas do emaranhamento quântico.

O que mais, cálculos estatísticos descobriram que os pares de íons exibiam um raro alto nível de estranhamento.

"Estamos confiantes de que os íons são 67 por cento assustadores, "disse Ting Rei Tan, autor principal de um novo Cartas de revisão física artigo sobre os experimentos.

Os experimentos foram testes Bell "encadeados", o que significa que eles foram construídos a partir de uma série de possíveis conjuntos de manipulações em dois íons. Ao contrário de experimentos anteriores, esses eram testes Bell aprimorados nos quais o número de manipulações possíveis para cada íon era escolhido aleatoriamente de conjuntos de pelo menos dois e até 15 opções.

Este método produz resultados estatísticos mais sólidos do que os testes Bell convencionais. Isso porque conforme o número de opções aumenta para manipular cada íon, a chance diminui automaticamente de que os íons estão se comportando de forma clássica, ou não quântico, as regras. De acordo com as regras clássicas, todos os objetos devem ter propriedades "locais" definidas e só podem influenciar uns aos outros na velocidade da luz ou mais lenta. Os testes de Bell têm sido usados ​​há muito tempo para mostrar que, por meio da física quântica, objetos podem quebrar uma ou ambas as regras, demonstrando ação assustadora.

Os testes convencionais de Bell produzem dados que são uma mistura de ação local e assustadora. Os testes Bell encadeados perfeitos podem, em teoria, provar que há zero chance de influência local. Os resultados do NIST chegaram a 33 por cento de chance de influência local - abaixo do que os testes convencionais de Bell podem alcançar, embora não seja o menor já relatado para um teste em cadeia, Disse Tan.

Contudo, o experimento do NIST abriu novos caminhos ao fechar duas das três "lacunas" que poderiam minar os resultados, o único teste de Bell encadeado a fazer isso usando três ou mais opções para manipular partículas de material. Os resultados são bons o suficiente para inferir a alta qualidade dos estados emaranhados usando suposições mínimas sobre o experimento - uma realização rara, Disse Tan.

Ano passado, um grupo diferente de pesquisadores e colaboradores do NIST fechou todas as três lacunas nos testes convencionais de Bell com partículas de luz. Os novos experimentos com íons confirmam mais uma vez que a ação assustadora é real.

"Na realidade, Eu acreditava na mecânica quântica antes deste experimento, "Tan disse com uma risada." Nossa motivação foi tentar usar este experimento para mostrar o quão boa é a nossa tecnologia de computação quântica de íons aprisionados, e o que podemos fazer com isso. "

Os pesquisadores usaram a mesma configuração de armadilha de íons de experimentos de computação quântica anteriores. Com este aparelho, pesquisadores usam eletrodos e lasers para realizar todas as etapas básicas necessárias para a computação quântica, incluindo a preparação e medição dos estados quânticos dos íons; transportar íons entre várias zonas de armadilha; e a criação de bits quânticos estáveis ​​(qubits), rotações qubit, e operações lógicas de dois qubit confiáveis. Todos esses recursos foram necessários para conduzir os testes Bell encadeados. Espera-se que os computadores quânticos um dia resolvam problemas que atualmente são intratáveis, como simular a supercondutividade (o fluxo de eletricidade sem resistência) e quebrar os códigos de criptografia de dados mais populares da atualidade.

Nos testes Bell encadeados do NIST, o número de configurações (opções para diferentes manipulações antes da medição) variou de dois a 15. As manipulações agiram nos estados de energia interna dos íons chamados "spin up" ou "spin down". Os pesquisadores usaram lasers para girar os spins dos íons em ângulos específicos antes das medições finais.

Os pesquisadores realizaram vários milhares de execuções para cada configuração e coletaram dois conjuntos de dados com 6 meses de intervalo. As medições determinaram os estados de spin dos íons. Havia quatro resultados finais possíveis:(1) ambos os íons giram, (2) aumento da rotação do primeiro íon e redução da rotação do segundo íon, (3) rotação do primeiro íon para baixo e rotação do segundo íon, ou (4) ambos os íons diminuem a rotação. Os pesquisadores mediram os estados com base em quanto os íons fluoresceram ou espalharam a luz - o brilho aumentou e o escuro diminuiu.

O experimento NIST fechou as lacunas de detecção e memória, o que poderia permitir que sistemas clássicos comuns parecessem fantasmagóricos.

A brecha de detecção é aberta se os detectores forem ineficientes e um subconjunto dos dados for usado para representar todo o conjunto de dados. Os testes NIST fecharam esta lacuna porque a detecção de fluorescência foi quase 100 por cento eficiente, e os resultados da medição de cada tentativa em cada experimento foram registrados e usados ​​para calcular os resultados.

A brecha de memória é aberta se alguém assumir que os resultados dos testes são distribuídos de forma idêntica ou se não há desvios experimentais. Os testes anteriores de Bell em cadeia basearam-se nesta suposição, mas o teste NIST foi capaz de eliminá-lo. A equipe do NIST fechou a lacuna de memória realizando milhares de testes extras ao longo de muitas horas com o conjunto de seis configurações possíveis, usando uma configuração escolhida aleatoriamente para cada ensaio e desenvolvendo uma técnica de análise estatística mais robusta.

Os experimentos do NIST não fecharam a lacuna de localidade, que está aberto se for possível para a escolha de configurações a serem comunicadas entre os íons. Para fechar esta lacuna, seria necessário separar os íons por uma distância tão grande que a comunicação entre eles seria impossível, mesmo na velocidade da luz. No experimento NIST, os íons tiveram que ser posicionados próximos uns dos outros (no máximo, 340 micrômetros de distância) para ser emaranhado e, subsequentemente, medido, Tan explicou.