Por que a mecânica quântica funciona tão bem para objetos microscópicos, ainda os objetos macroscópicos são descritos pela física clássica? Essa questão incomoda os físicos desde o desenvolvimento da teoria quântica, há mais de 100 anos. Pesquisadores da Delft University of Technology e da University of Vienna desenvolveram agora um sistema macroscópico que exibe o emaranhamento entre fônons mecânicos e fótons ópticos. Eles testaram o emaranhamento usando um teste de Bell, um dos testes mais convincentes e importantes para mostrar que um sistema se comporta de forma não clássica.

Desde a sua criação, há mais de 100 anos, os físicos perceberam que a teoria quântica pode estar em conflito com alguns dos axiomas básicos da física clássica. Em particular, os princípios em questão são se as informações podem ser trocadas mais rápido do que a velocidade da luz (chamada de 'localidade'), e se as quantidades físicas existem independentemente de serem observadas ou não (chamado de "realismo"). Albert Einstein uma vez perguntou a Abraham Pais, a famosa pergunta:seu biógrafo, se ele realmente pensava que a lua só existia quando ele olhava para ela.

Um acalorado debate entre Einstein e Niels Bohr sobre este conflito de axiomas na década de 1930 deu início a décadas de pesquisas sobre as correlações entre sistemas quânticos. Este fenômeno, chamado entrelaçamento quântico, rapidamente se cristalizou como uma das principais previsões da mecânica quântica. O trabalho de John Bell na década de 1960 abriu um caminho para testar esses princípios experimentalmente, que acrescentou resultados novos e emocionantes ao debate. A maioria dos experimentos quânticos realizados até hoje, Contudo, lidar com uma ou com um número relativamente pequeno de partículas.

Correlações quânticas

Uma equipe de cientistas liderada pelo Prof. Simon Gröblacher da Delft University of Technology entrou agora em uma escala completamente nova de medições quânticas. Eles criaram um dispositivo que produziu correlações entre o movimento vibracional de osciladores optomecânicos de silício, compreendendo aproximadamente 10 bilhões de átomos, e modos ópticos. Os dispositivos foram resfriados aos seus estados de solo de movimento dentro de um refrigerador de diluição e, então, sondados com pulsos de laser. Frequências de laser específicas são capazes de interagir com os dispositivos, excitando o movimento de maneira controlada ou lendo seu estado. Sempre que isso acontecer, surgem correlações entre a luz espalhada e os dispositivos que permitem predizer perfeitamente o comportamento de um pelo outro.

A fim de testar se as correlações em seu sistema eram, na verdade, mecânica quântica no trabalho, e não a física clássica, eles realizaram um teste de Bell. As duas partículas tinham essencialmente uma escolha:O experimento foi planejado de forma que cada uma pudesse ser registrada em um dos dois detectores. Ambos os resultados foram igualmente prováveis ​​por design, o que tornou impossível prever o resultado para fótons ou fônons individualmente. Contudo, devido às correlações entre os dois, os fônons poderiam ser feitos de modo que sempre dessem um resultado de medição correspondente aos fótons. Em cerca de 80 por cento dos casos, eles se comportaram dessa maneira, que está bem acima do limite clássico de Bell de cerca de 70 por cento.

Teste completo

O verdadeiro teste de Bell era ajustar certos parâmetros experimentais que afetam as duas partículas de maneiras diferentes e ver quando essa dependência se desfaz. Quantum-mecanicamente, os dois podem manter resultados de medição correlacionados por muito mais tempo do que o permitido classicamente. "Este é o teste mais completo de um dispositivo maciço com comportamento mecânico quântico já realizado, "disse o Prof. Gröblacher.

Esses resultados implicam que a mecânica quântica se estende até o domínio macroscópico. Além disso, o dispositivo que os pesquisadores fabricaram pode ser ampliado e melhorado. Gröblacher:"Como nosso protocolo experimental é independente do tamanho do oscilador, esses resultados estabelecem a base para a possibilidade de investigar a fronteira entre a física clássica e quântica com objetos arbitrariamente grandes, mesmo aqueles visíveis a olho nu. "