Muito recentemente, pesquisadores liderados por Markus Aspelmeyer na Universidade de Viena e Lukas Novotny na ETH Zurich resfriaram uma nanopartícula de vidro no regime quântico pela primeira vez. Para fazer isso, a partícula é privada de sua energia cinética com a ajuda de lasers. O que resta são movimentos, as chamadas flutuações quânticas, que não seguem mais as leis da física clássica, mas as da física quântica. A esfera de vidro com a qual isso foi alcançado é significativamente menor do que um grão de areia, mas ainda consiste em várias centenas de milhões de átomos. Em contraste com o mundo microscópico de fótons e átomos, nanopartículas fornecem uma visão sobre a natureza quântica de objetos macroscópicos. Em colaboração com o físico experimental Markus Aspelmeyer, uma equipe de físicos teóricos liderados por Oriol Romero-Isart da Universidade de Innsbruck e do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica da Academia Austríaca de Ciências está agora propondo uma maneira de aproveitar as propriedades quânticas das nanopartículas para várias aplicações.

Rapidamente deslocado

"Enquanto os átomos no estado fundamental do movimento saltam em distâncias maiores do que o tamanho do átomo, o movimento de objetos macroscópicos no estado fundamental é muito, muito pequeno, "explica Talitha Weiss e Marc Roda-Llordes da equipe de Innsbruck." As flutuações quânticas das nanopartículas são menores que o diâmetro de um átomo. "Para aproveitar a natureza quântica das nanopartículas, a função de onda das partículas deve ser grandemente expandida. No esquema dos físicos quânticos de Innsbruck, nanopartículas são aprisionadas em campos ópticos e resfriadas ao estado fundamental. Ao alterar ritmicamente esses campos, as partículas agora conseguem deslocar brevemente em distâncias exponencialmente maiores. "Mesmo as menores perturbações podem destruir a coerência das partículas, é por isso que, mudando os potenciais ópticos, nós apenas separamos brevemente a função de onda das partículas e, em seguida, imediatamente a comprimimos novamente, "explica Oriol Romero-Isart. Mudando repetidamente o potencial, as propriedades quânticas da nanopartícula podem, portanto, ser aproveitadas.

Muitos aplicativos

Com a nova técnica, as propriedades quânticas macroscópicas podem ser estudadas com mais detalhes. Acontece também que esse estado é muito sensível a forças estáticas. Assim, o método pode permitir instrumentos altamente sensíveis que podem ser usados ​​para determinar forças como a gravidade com muita precisão. Usando duas partículas expandidas e comprimidas simultaneamente por este método, também seria possível enredá-los por meio de uma interação fraca e explorar áreas inteiramente novas do mundo quântico macroscópico.

Junto com outras propostas, o novo conceito constitui a base para o projeto ERC Synergy Grant Q-Xtreme, que foi concedida no ano passado. Neste projeto, os grupos de pesquisa de Markus Aspelmeyer e Oriol Romero-Isart, junto com Lukas Novotny e Romain Quidant da ETH Zurique, estão levando um dos princípios mais fundamentais da física quântica ao limite extremo, posicionando um corpo sólido de bilhões de átomos em dois lugares ao mesmo tempo.