O emaranhamento quântico é o fenômeno básico subjacente ao funcionamento de uma variedade de sistemas quânticos, incluindo comunicação quântica, sensoriamento quântico e ferramentas de computação quântica. Este fenômeno resulta de uma interação (ou seja, emaranhamento) entre as partículas. Alcançar o emaranhamento entre objetos distantes e muito diferentes, Contudo, até agora provou ser um grande desafio.

Pesquisadores da Universidade de Copenhague geraram recentemente um emaranhamento entre um oscilador mecânico e um oscilador de spin atômico coletivo. Trabalho deles, descrito em um artigo publicado em Física da Natureza , apresenta uma estratégia para gerar emaranhamento entre esses dois sistemas distintos.

"Cerca de uma década atrás, propusemos uma maneira de gerar emaranhamento entre um oscilador mecânico e um oscilador de spin via fótons, usando o princípio que mais tarde foi chamado de 'subespaços livres da mecânica quântica' ou 'trajetórias sem incertezas quânticas, '"disse Eugene S. Polzik, que liderou o grupo que realizou o estudo. "Em nosso novo jornal, relatamos a implementação experimental dessas propostas. "

Para gerar o emaranhamento entre um sistema mecânico e um sistema de rotação, Polzik e seus colegas aproveitaram um recurso-chave dos osciladores de rotação, a saber, que eles podem ter uma massa negativa efetiva. Quando está animado, a energia de um oscilador de rotação é reduzida, o que permite que ele fique emaranhado com um oscilador mecânico mais convencional que tem uma massa positiva. Os pesquisadores geraram experimentalmente esse emaranhamento realizando uma medição conjunta em ambos os osciladores.

"O emaranhamento entre os sistemas mecânico e de rotação é gerado pelo envio de luz através de ambos os sistemas, um oscilador mecânico de massa positiva e um oscilador de spin com uma massa negativa efetiva, "Polzik disse." Executar uma medição na luz transmitida projeta os dois sistemas em um estado emaranhado. A medição repetida subsequente verifica o emaranhamento, mostrando que as flutuações quânticas dos dois sistemas estão fortemente correlacionadas. "

O experimento realizado por Polzik e seus colegas mostra que o movimento mecânico pode, pelo menos em princípio, ser medido com precisão arbitrária, identificando e aplicando um referencial adequado. Essas medições superam o chamado 'limite quântico padrão de medição' que deriva do princípio de incerteza de Heisenberg, que é aplicável a medições em um padrão, quadro de referência clássico.

"A essência do princípio da incerteza é o equilíbrio entre a imprecisão da medição e a perturbação causada pela medição, a ação traseira quântica, "Polzik disse." Com uma medição no referencial de massa negativa, os distúrbios de retração impostos ao objeto e ao referencial interferem de forma distraída e se cancelam, levando assim a uma precisão de medição potencialmente ilimitada. "

Esta equipe de pesquisadores foi a primeira a demonstrar experimentalmente o emaranhamento entre um sistema mecânico e um sistema de spin. No futuro, seu trabalho pode contribuir para o desenvolvimento de novas tecnologias e protocolos quânticos baseados no emaranhamento entre diferentes tipos de osciladores. Em seus próximos estudos, Polzik e seus colegas planejam avaliar a eficácia de sua abordagem para realizar o teletransporte quântico e desenvolver outras ferramentas de comunicação quântica.

"Com a recente observação de retrocesso quântico pelas equipes de detectores de ondas gravitacionais LIGO e VIRGO, as formas de superar os limites de retrocesso quântico tornam-se especialmente relevantes para esses instrumentos extremamente desafiadores, "Polzik disse." Estamos construindo um experimento onde pretendemos demonstrar a aplicabilidade potencial de nossa abordagem para a sensibilidade aprimorada dos detectores de ondas gravitacionais. "

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