Cara ou Corôa? Se jogarmos duas moedas no ar, o resultado de um lançamento de moeda não tem nada a ver com o resultado do outro. As moedas são objetos independentes. No mundo da física quântica, as coisas são diferentes:partículas quânticas podem ser emaranhadas, nesse caso, eles não podem mais ser considerados como objetos individuais independentes, eles só podem ser descritos como um sistema de junta.

Por anos, foi possível produzir fótons emaranhados - pares de partículas de luz que se movem em direções completamente diferentes, mas ainda pertencem um ao outro. Resultados espetaculares foram alcançados, por exemplo, no campo do teletransporte quântico ou criptografia quântica. Agora, um novo método foi desenvolvido na TU Wien (Viena) para produzir pares de átomos emaranhados - e não apenas átomos que são emitidos em todas as direções, mas feixes bem definidos. Isso foi conseguido com a ajuda de nuvens de átomos ultracold em armadilhas eletromagnéticas.

Partículas emaranhadas

"O emaranhamento quântico é um dos elementos essenciais da física quântica, "diz o Prof. Jörg Schmiedmayer do Instituto de Física Atômica e Subatômica da TU Wien." Se as partículas estão emaranhadas umas com as outras, então, mesmo que você saiba tudo o que há para saber sobre o sistema total, você ainda não pode dizer absolutamente nada sobre uma partícula específica. Perguntar sobre o estado de uma partícula em particular não faz sentido, apenas o estado geral do sistema total é definido. "

Existem diferentes métodos de criação de emaranhamento quântico. Por exemplo, cristais especiais podem ser usados ​​para criar pares de fótons emaranhados:um fóton com alta energia é convertido pelo cristal em dois fótons de baixa energia - isso é chamado de "conversão descendente". Isso permite que um grande número de pares de fótons emaranhados sejam produzidos com rapidez e facilidade.

Átomos emaranhados, Contudo, é muito mais difícil. Átomos individuais podem ser emaranhados usando operações de laser complicadas - mas então você obtém apenas um único par de átomos. Processos aleatórios também podem ser usados ​​para criar emaranhamento quântico:se duas partículas interagirem uma com a outra de maneira adequada, eles podem ficar emaranhados depois. As moléculas podem ser quebradas, criando fragmentos emaranhados. Mas esses métodos não podem ser controlados. "Nesse caso, as partículas se movem em direções aleatórias. Mas quando você faz experimentos, você quer ser capaz de determinar exatamente para onde os átomos estão se movendo, "diz Jörg Schmiedmayer.

O par de gêmeos

Pares de gêmeos controlados agora podem ser produzidos na TU Wien com um novo truque:uma nuvem de átomos ultracold é criada e mantida no lugar por forças eletromagnéticas em um minúsculo chip. "Nós manipulamos esses átomos para que eles não acabem no estado com a menor energia possível, mas em um estado de alta energia, "diz Schmiedmayer. Deste estado de excitação, os átomos então voltam espontaneamente ao estado fundamental com a energia mais baixa.

Contudo, a armadilha eletromagnética é construída de forma que esse retorno ao estado fundamental seja fisicamente impossível para um único átomo - isso violaria a conservação do momento. Os átomos, portanto, só podem ser transferidos para o estado fundamental como pares e voar em direções opostas, de modo que seu momentum total permanece zero. Isso cria átomos gêmeos que se movem exatamente na direção especificada pela geometria da armadilha eletromagnética no chip.

O experimento de dupla fenda

A armadilha consiste em duas guias de ondas paralelas. O par de átomos gêmeos pode ter sido criado no guia de onda esquerdo ou direito - ou, como a física quântica permite, em ambos simultaneamente. "É como o conhecido experimento de dupla fenda, onde você atira uma partícula em uma parede com duas fendas, "diz Jörg Schmiedmayer." A partícula pode passar pela fenda esquerda e direita ao mesmo tempo, atrás do qual ele interfere consigo mesmo, e isso cria padrões de onda que podem ser medidos. "

O mesmo princípio pode ser usado para provar que os átomos gêmeos são realmente partículas emaranhadas:apenas se você medir todo o sistema, ou seja, ambos os átomos ao mesmo tempo - você pode detectar as superposições em forma de onda típicas dos fenômenos quânticos. Se, por outro lado, você se restringe a uma única partícula, a superposição de onda desaparece completamente.

"Isso nos mostra que, neste caso, não faz sentido olhar para as partículas individualmente, "explica Jörg Schmiedmayer." No experimento da dupla fenda, as superposições desaparecem assim que você mede se a partícula passa pela fenda esquerda ou direita. Assim que esta informação estiver disponível, a superposição quântica é destruída. É muito semelhante aqui:se os átomos estão emaranhados e você mede apenas um deles, você ainda poderia teoricamente usar o outro átomo para medir se ambos se originaram na parte esquerda ou direita da armadilha. Portanto, as superposições quânticas são destruídas. "

Agora que foi provado que nuvens de átomos ultracold podem de fato ser usadas para produzir átomos gêmeos emaranhados de forma confiável, desta forma, outros experimentos quânticos devem ser realizados com esses pares de átomos - semelhantes aos que já foram possíveis com os pares de fótons.