quinta-feira, 27 de novembro de 2014

FOTOGRAFIA QUÂNTICA (EMARANHAMENTO QUÂNTICO)

EMARANHAMENTO QUÂNTICO


Gabriela idealizou o experimento usando o desenho de um gato entalhado em uma fina pastilha de silício - uma referência ao também famoso Gato de Schrodinger
[Imagem: Gabriela Barreto Lemos et al. - 10.1038/nature, 13586]

Imagem do experimento, mostrando os diferentes caminhos dos dois fluxos de fótons.
[Imagem: Universidade de Viena]

Uma física brasileira realizou uma demonstração impressionante de um dos aspectos mais bizarros e difíceis de compreender da física quântica.
Ela tirou uma foto do desenho de um gato que nunca foi iluminado pelos fótons capturados para gerar a imagem.
Além de demonstrar os princípios da mecânica quântica, o experimento revela uma nova forma de imageamento revolucionária: uma câmera que tira fotos sem que a luz precise iluminar o objeto a ser fotografado.
Gabriela Barreto Lemos é pesquisadora da UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro) e está atualmente fazendo pós-doutorado na Academia Austríaca de Ciências, em Viena.
Seu experimento é uma demonstração cabal do fenômeno do entrelaçamento quântico - ou emaranhamento -, segundo o qual duas partículas podem ficar de tal forma interconectadas que qualquer coisa que aconteça a uma influenciará imediatamente a outra, ainda que elas estejam a anos-luz de distância.
O entrelaçamento quântico é desafiador mesmo para as mentes mais brilhantes - Einstein desdenhou dele chamando-o de "ação fantasmagórica à distância" -, mesmo porque ele desafia o limite de velocidade universal, a velocidade da luz, uma vez que as partículas entrelaçadas parecem trocar informações instantaneamente.
Fotografia fantasma
Gabriela idealizou o experimento usando o desenho de um gato entalhado em uma fina pastilha de silício - uma referência ao também famoso Gato de Schrodinger.
Ela produziu pares de fótons entrelaçados e os enviou em duas direções diferentes: enquanto o primeiro fóton podia atravessar o recorte do gato e então se perder, o outro membro de cada par ia direto para um detector, sem nunca passar pelo gato, e sem ter como se comunicar com seu irmão.
A imagem foi gerada pelos fótons coletados pelo detector - aqueles que nunca poderiam ter passado pelo recorte do gato.
Confirmando as predições da teoria quântica, o gato apareceu perfeitamente na fotografia - uma imagem gerada por fótons que nunca passaram pelo objeto que foi fotografado.
Aplicações biológicas
Embora o fenômeno do entrelaçamento quântico não precisasse mais de demonstrações para se comprovar real, o experimento pode ter aplicações práticas em áreas muito diferentes, principalmente porque cada par de partículas entrelaçadas pode ser formado por fótons de energias diferentes.
Assim, um disparador de fótons pode enviar fótons de baixa energia sobre amostras biológicas muito delicadas, enquanto a imagem da amostra é gerada por fótons comuns, na faixa do visível, por uma câmera digital convencional.
Este processo é muito mais simples e direto do que as imagens fantasmas capturadas por câmeras de pixel único.
Gabriela está trabalhando na equipe do professor Anton Zeilinger, que no ano passado surpreendeu os próprios físicos demonstrando que os eventos quânticos independem do espaço e do tempo, o que foi visto com uma espécie de "fim da causalidade".
Gabriela B. Lemos, Victoria Borish, Garrett D. Cole, Sven Ramelow, Radek Lapkiewicz, Anton Zeilinger. 
IMAGING WITH UNDETECTED PHOTONS, Nature, Vol.: 512, 409-412
DOI: 10.1038/nature13586




Ação fantasmagórica à distância é 10.000 vezes mais rápida que a luz





Para fazer a medição, os físicos criaram feixes de fótons entrelaçados e os separaram a uma distância de 15 quilômetros. 
[Imagem: Juan Yin et al.]


Difícil até para Einstein
O conceito de entrelaçamento quântico - ou emaranhamento - deixou desgrenhado ninguém menos do que Albert Einstein. Quando ouviu falar que duas partículas quânticas podiam se entrelaçar, de forma que o que acontecesse com uma afetaria imediatamente a outra, não importando se ambas estivessem em extremos opostos da galáxia, o gênio da física chamou isto de "ação fantasmagórica à distância". As teorias de Einstein estabelecem um limite máximo de velocidade universal, a velocidade da luz - nada pode superar a velocidade da luz, segundo o paradigma da física atual. Porém, no caso do entrelaçamento, conforme propõe a mecânica quântica, não se trata nem mesmo de velocidade, mas de instantaneidade. Embora o entrelaçamento quântico venha sendo demonstrado experimentalmente à exaustão, inclusive em uma versão tripla, poucos se arriscam a especular como é que uma partícula "sabe" o que deve fazer quando sua irmã gêmea sofre uma alteração. A proposta mais recente fala em influências escondidas, que existiriam além do espaço-tempo.
Velocidade do entrelaçamento quântico
Uma equipe de físicos chineses agora tentou uma abordagem mais experimental. Eles queriam medir a velocidade com que a ação fantasmagórica à distância é passada de uma partícula para a outra. E o resultado foi: pelo menos quatro ordens de magnitude mais rápido do que a velocidade da luz. Uma ordem de magnitude equivale a 101 - assim, a velocidade medida foi de 104, ou seja, 10.000 vezes mais rápido do que a velocidade da luz. Na verdade, não se trata de que alguma coisa esteja realmente viajando a uma velocidade maior do que a velocidade da luz - no entrelaçamento quântico não há troca de informações entre as partículas, ou seja, nada realmente "viaja" de um ponto a outro, as partículas apenas parecem "saber" quando a outra foi afetada. O que os físicos chineses mediram foi o tempo que separa uma alteração na primeira partícula e a alteração na sua partícula entrelaçada - fazendo as contas, isso equivaleria a uma informação hipotética que viajasse a 10.000 vezes a velocidade da luz entre as duas partículas, se houvesse transmissão de informação. Ou seja, o experimento nada tem a ver com o fiasco dos neutrinos que não superaram a velocidade da luz, ainda que alguns físicos defendam que superar a velocidade da luz de fato é matematicamente possívelOs pesquisadores também são cuidadosos em afirmar que esta velocidade está no limite do que o experimento consegue medir com confiabilidade - ou seja, a velocidade é provavelmente muito maior.

Diagramas espaçotemporais da medição da velocidade do entrelaçamento quântico. 
[Imagem: Juan Yin et al.]

Todos com razão
Para fazer a medição, os físicos criaram feixes de fótons entrelaçados e os separaram a uma distância de 15 quilômetros. São necessários muitos fótons porque a precisão envolvida no experimento é tamanha que até mesmo a rotação da Terra desloca os fótons em distâncias que são significativas nessas escalas temporais. Para contrabalançar essas influências, os físicos separaram as duas partículas no sentido leste-oeste, e fizeram o experimento continuamente durante 12 horas. A equipe de Juan Yin, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, é a mesma que recentemente bateu o recorde de distância do teletransporte - em Setembro do ano passado, seu recorde foi superado por uma equipe europeia: 
Em resumo, apesar de um resultado capaz de fritar neurônios, o experimento não se contrapõe nem à teoria da relatividade de Einstein - porque não há troca de informações entre as duas partículas -, e nem à mecânica quântica. Na verdade, uma velocidade de 10.000 vezes a velocidade da luz como limite mínimo parece mais uma vez dar razão à mecânica quântica, que continua afirmando que a ação fantasmagórica à distância é instantânea, ou seja, independente do tempo.


Bibliografia

Juan Yin, Yuan Cao, Hai-Lin Yong, Ji-Gang Ren, Hao Liang, Sheng-Kai Liao, Fei Zhou, Chang Liu, Yu-Ping Wu, Ge-Sheng Pan, Qiang Zhang, Cheng-Zhi Peng, Jian-Wei Pan. arXiv
Bounding the speed of "spooky action at a distance."


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