Pesquisadores da Caltech e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts descobriram como construir sensores quânticos que podem retroceder no tempo, revelando informações cruciais sobre sua dinâmica inicial.
O grupo, liderado pelo professor assistente de física do Caltech, Yu-xi Liu, e pelo professor do MIT, Alexej Jerschow, descreve o novo conceito em um artigo publicado na edição de agosto de 2019 da Nature Physics.
“Com a tecnologia demonstrada em nosso artigo, podemos medir diretamente a dinâmica quântica inicial de uma grande classe de sistemas quânticos”, diz Liu, acrescentando:“Isso é semelhante em espírito à ideia da fotografia com lapso de tempo; exceto no nosso caso. , o efeito da viagem no tempo não se aplica a pessoas ou objetos, mas à informação quântica."
Os cientistas realizaram seus sensores quânticos que viajam no tempo com base em um fenômeno chamado emaranhamento quântico. O emaranhamento quântico ocorre quando duas ou mais partículas estão ligadas entre si de tal forma que o estado de uma partícula não pode ser descrito independentemente do estado da outra. Este conceito é contra-intuitivo para a nossa experiência cotidiana da física clássica, mas tem sido repetidamente confirmado por experimentos.
Na nova pesquisa, Liu e colegas aproveitaram o emaranhamento quântico para criar uma espécie de apagador quântico que lhes permitiu recuperar informações sobre a dinâmica inicial de um sistema quântico específico.
Para ilustrar o conceito, os cientistas usaram um sistema quântico feito de duas partículas (átomos) presas e giratórias, conhecidas como bits quânticos ou qubits, para abreviar. Os spins desses dois qubits estavam emaranhados e a evolução temporal de seus spins foi afetada pela presença de um campo magnético.
Num momento precisamente controlado, os pesquisadores ativaram o campo magnético e permitiram que ele afetasse os spins dos dois qubits. Isso teve o efeito de embaralhar as informações quânticas armazenadas nos spins. Posteriormente, os pesquisadores implementaram o apagador quântico, que restaurou as informações quânticas desde o início, antes da aplicação do campo magnético.
A capacidade de viajar no tempo – embora apenas no que diz respeito à informação quântica – abre novas e excitantes possibilidades para a compreensão de uma variedade de processos físicos. Por exemplo, a técnica poderia ser usada para investigar o comportamento em estágio inicial de reações químicas, estudar mecanismos intrincados de dissipação de energia e até mesmo descobrir propriedades fundamentais dos buracos negros.
Liu está particularmente entusiasmado com as aplicações dos novos sensores quânticos que viajam no tempo na física da matéria condensada. “É incrível pensar em aplicar o poder da viagem quântica no tempo a um sólido com trilhões de átomos, onde muitos fenômenos quânticos diferentes acontecem constantemente”, diz ele. “Uma nova forma de revisitar a evolução destes fenómenos poderia revelar uma física oculta que normalmente não vemos.”
