Uma característica especialmente contra-intuitiva da mecânica quântica é que um único evento pode existir em um estado de superposição - acontecendo aqui e ali, ou hoje e amanhã.

Essas superposições são difíceis de criar, pois eles são destruídos se qualquer tipo de informação sobre o local e a hora do evento vazar para o ambiente - e mesmo se ninguém realmente registrar essas informações. Mas quando as superposições ocorrem, eles levam a observações que são muito diferentes das da física clássica, levantando questões que afetam nossa própria compreensão do espaço e do tempo.

Cientistas da EPFL, MIT, e CEA Saclay, publicando em Avanços da Ciência , demonstrar um estado de vibração que existe simultaneamente em dois momentos diferentes, e fornecer evidências dessa superposição quântica medindo a classe mais forte de correlações quânticas entre os feixes de luz que interagem com a vibração.

Os pesquisadores usaram um pulso de laser muito curto para disparar um padrão específico de vibração dentro de um cristal de diamante. Cada par de átomos vizinhos oscilava como duas massas ligadas por uma mola, e essa oscilação era síncrona em toda a região iluminada. Para conservar energia durante este processo, uma luz de uma nova cor é emitida, mudou para o vermelho do espectro.

Esta imagem clássica, Contudo, é inconsistente com os experimentos. Em vez de, tanto a luz quanto a vibração devem ser descritas como partículas, ou quanta:a energia da luz é quantizada em fótons discretos, enquanto a energia vibracional é quantizada em fônons discretos (em homenagem ao grego antigo 'foto =luz' e 'fono =som').

O processo descrito acima deve, portanto, ser visto como a fissão de um fóton vindo do laser em um par de fóton e fônon - semelhante à fissão nuclear de um átomo em dois pedaços menores.

Mas não é a única deficiência da física clássica. Na mecânica quântica, partículas podem existir em um estado de superposição, como o famoso gato Schrödinger estando vivo e morto ao mesmo tempo.

Ainda mais contra-intuitivo:duas partículas podem ficar emaranhadas, perdendo sua individualidade. A única informação que pode ser coletada sobre eles diz respeito às suas correlações comuns. Como ambas as partículas são descritas por um estado comum (a função de onda), essas correlações são mais fortes do que é possível na física clássica. Isso pode ser demonstrado realizando medições apropriadas nas duas partículas. Se os resultados violarem um limite clássico, pode-se ter certeza de que estavam emaranhados.

No novo estudo, Os pesquisadores da EPFL conseguiram enredar o fóton e o fônon (ou seja, luz e vibração) produzida na fissão de um fóton laser que entra no cristal. Para fazer isso, os cientistas desenvolveram um experimento no qual o par fóton-fônon poderia ser criado em dois instantes diferentes. Classicamente, isso resultaria em uma situação em que o par é criado no tempo t1 com 50% de probabilidade, ou em um momento posterior t2 com 50% de probabilidade.

Mas aí vem o 'truque' dos pesquisadores para gerar um estado emaranhado. Por um arranjo preciso do experimento, eles garantiram que nem mesmo o menor traço do tempo de criação do par luz-vibração (t1 vs. t2) fosse deixado no universo. Em outras palavras, eles apagaram informações sobre t1 e t2. A mecânica quântica, então, prevê que o par fóton-fóton torna-se emaranhado, e existe em uma superposição de tempo t1 e t2. Esta previsão foi belamente confirmada pelas medições, que produziu resultados incompatíveis com a teoria probabilística clássica.

Ao mostrar o emaranhamento entre luz e vibração em um cristal que se pode segurar em seu dedo durante o experimento, o novo estudo cria uma ponte entre nossa experiência diária e o domínio fascinante da mecânica quântica.

"As tecnologias quânticas são anunciadas como a próxima revolução tecnológica na computação, comunicação, de detecção, diz Christophe Galland, chefe do Laboratório de Quantum e Nano-Óptica da EPFL e um dos principais autores do estudo. "Eles estão atualmente sendo desenvolvidos por universidades de ponta e grandes empresas em todo o mundo, mas o desafio é assustador. Essas tecnologias dependem de efeitos quânticos muito frágeis, sobrevivendo apenas em temperaturas extremamente baixas ou sob alto vácuo. Nosso estudo demonstra que mesmo um material comum em condições ambientais pode sustentar as delicadas propriedades quânticas necessárias para as tecnologias quânticas. Há um preço a pagar, embora:as correlações quânticas sustentadas por vibrações atômicas no cristal são perdidas após apenas 4 picossegundos, ou seja, 0,000000000004 de um segundo! Esta curta escala de tempo é, Contudo, também uma oportunidade para desenvolver tecnologias quânticas ultrarrápidas. Mas ainda há muita pesquisa pela frente para transformar nosso experimento em um dispositivo útil - um trabalho para futuros engenheiros quânticos. "