O estado de um sistema é caracterizado como emaranhado ou quântico correlacionado se duas ou mais partículas não podem ser descritas como uma combinação de estados independentes, mas apenas como um todo. Pesquisadores do Instituto Kirchhoff de Física da Universidade de Heidelberg recentemente conseguiram verificar as chamadas correlações quânticas não locais entre nuvens ultracold de átomos de rubídio. Sob a direção do Prof. Dr. Markus Oberthaler e do Prof. Dr. Thomas Gasenzer, os pesquisadores foram capazes de obter novos insights importantes sobre o caráter dos sistemas de muitos corpos da mecânica quântica.

As correlações que a teoria da mecânica quântica prevê são contra-intuitivas. Essas correlações quânticas parecem contradizer o princípio da incerteza de Heisenberg, que afirma que duas propriedades de um objeto, como posição e velocidade, nunca pode ser determinado com precisão ao mesmo tempo. Em sistemas de mecânica quântica, Contudo, duas partículas podem ser preparadas de modo a prever com precisão a posição da partícula dois, localizando a posição da partícula um. De forma similar, medir a velocidade de uma partícula permite prever a velocidade da outra. "Nesse caso, a posição e a velocidade da partícula dois precisam ser determinadas com precisão antes da medição, "diz o Prof Oberthaler." O resultado da medição para a partícula um não pode estar imediatamente presente na posição da partícula dois se as duas estiverem espacialmente separadas. "

O princípio da incerteza, na verdade, não apóia essa determinação simultânea de posição e velocidade. Mas na mecânica quântica, dois objetos não são considerados separados se estiverem correlacionados, ou seja, enredado, resolvendo assim a aparente contradição. "Se pudermos provar que os resultados da medição de diferentes observáveis ​​em um sistema podem realmente ser previstos medindo um segundo, sistema remoto, então podemos usar essa evidência para substanciar o emaranhamento também - e isso é exatamente o que fizemos em nosso experimento, "diz Philipp Kunkel, o autor principal do estudo.

Em seu experimento, os pesquisadores usaram uma nuvem de aproximadamente 11, 000 átomos de rubídio, que resfriaram a temperaturas extremamente baixas. Usando luz laser, eles mantiveram os átomos suspensos em uma câmara de vácuo, o que lhes permitiu excluir quaisquer efeitos perturbadores, como colisões com moléculas de ar. Como os efeitos quânticos são detectáveis ​​apenas em temperaturas muito baixas, trabalhar com átomos ultracold é necessário. Como ao medir posição e velocidade, essas condições extremas permitem o estado interno das partículas, frequentemente chamado de spin, a ser medido também. "Medindo o spin em uma das metades da nuvem, fomos capazes de prever o spin no outro com mais precisão do que o princípio da incerteza local permitiria, "explica Philipp Kunkel.

A caracterização dos sistemas de muitos corpos da mecânica quântica é importante para aplicações futuras, como computadores quânticos e comunicação quântica, entre outros. Os resultados mais recentes da pesquisa Heidelberg foram publicados em Ciência .