Cientistas do Centro de Pesquisa para Ciência e Tecnologia Avançada (RCAST) da Universidade de Tóquio demonstraram um método para acoplar uma esfera magnética a um sensor por meio do estranho poder do emaranhamento quântico. Eles mostraram que a existência de até mesmo uma única excitação magnética na esfera poderia ser detectada com uma medição de um único tiro. Este trabalho representa um grande avanço em direção aos sistemas quânticos que podem interagir com materiais magnéticos.

Imagine ter um sensor poderoso o suficiente para lhe dizer, em uma única varredura, se um palheiro próximo continha uma agulha ou não. Esse dispositivo pode parecer que só poderia existir na ficção científica, mas, usando um dos efeitos mais contra-intuitivos da mecânica quântica, este nível de sensibilidade pode se tornar realidade. Emaranhamento, o estranho processo no cerne da mecânica quântica que permite que as partículas ligadas interajam instantaneamente a longas distâncias, já foi chamado de "ação assustadora à distância" por Albert Einstein.

Experimentos confirmaram que a mecânica quântica permite situações em que partes de um sistema não podem mais ser descritas separadamente, mas, em vez disso, tornam-se fundamentalmente emaranhados, de forma que a medição de um determina automaticamente o destino do outro. Por exemplo, dois elétrons podem ficar emaranhados de modo que ambos apontem para cima ou para baixo - portanto, medir um afeta instantaneamente o estado do outro. "O entrelaçamento está nos livros didáticos de mecânica quântica há décadas, "diz o primeiro autor, Dr. Dany Lachance-Quirion, "mas as aplicações para a produção de detectores muito sensíveis com ele só agora estão começando a ser realizadas."

Nos experimentos conduzidos no RCAST, uma esfera milimétrica de granada de ítrio e ferro foi colocada na mesma cavidade ressonante que um qubit de junção de Josephson supercondutor, que atuou como o sensor. Por causa do acoplamento da esfera à cavidade ressonante, e, por sua vez, entre a cavidade para o qubit, o qubit só poderia ser excitado por um pulso eletromagnético se nenhuma excitação magnética estivesse presente na esfera. A leitura do estado do qubit então revela o estado da esfera.

"Ao usar a detecção de disparo único em vez da média, conseguimos tornar nosso dispositivo altamente sensível e muito rápido, "O professor Yasunobu Nakamura explica." Esta pesquisa pode abrir caminho para sensores poderosos o suficiente para ajudar na busca por partículas teóricas de matéria escura chamadas axions. "

O trabalho está publicado na revista Ciência como "detecção de disparo único baseada em emaranhamento de um único magnon com um qubit supercondutor."