Pela primeira vez, estudo descreve um emaranhamento estável entre dois objetos massivos, fenômeno que, até o momento, era constatado apenas entre partículas microscópicas.
VC Victor Correia*
A mecânica quântica é uma área da física que desafia o senso comum sobre como o Universo funciona e também contraria grandes teorias, como a relatividade geral de Albert Einstein. Ela descreve muito bem os fenômenos observados abaixo da escala atômica — o mundo dos prótons, elétrons e outras partículas —, mas nem sempre pode ser aplicada para objetos maiores do que isso. Porém, pesquisadores da Universidade Aalto, na Finlândia, demonstraram, pela primeira vez, um emaranhamento quântico estável entre dois objetos massivos, quase grandes o suficiente para se ver a olho nu. Os resultados foram publicados na revista Nature.
Nesse estudo, o entrelaçamento, fenômeno considerado central para a teoria quântica, foi criado entre dois pequenos alto-falantes com o diâmetro aproximado de um fio de cabelo. O efeito permaneceu por até 30 minutos. Para se ter uma ideia do avanço dessa experiência, um estudo anterior, publicado em 2011 na revista Science, ligou dois diamantes por apenas sete trilionésimos de um segundo.
A descoberta poderá ter desdobramentos importantes para a física, pois abre o caminho para o entrelaçamento entre objetos ainda maiores e para experimentos que podem desvendar mistérios fundamentais da área, como as ondas gravitacionais. Além disso, o efeito pode ser usado, no futuro, para conectar computadores quânticos, mais rápidos e poderosos do que os usuais.
“Um estado quântico emaranhado de duas partículas exibe algumas das características mais peculiares da mecânica quântica”, afirma Mika Sillanpää, que liderou o estudo. “E o entrelaçamento de objetos macroscópicos parece estar em forte contradição com a forma como entendemos o mundo ao nosso redor”, acrescentou
De forma bastante simplificada, quando dois objetos estão emaranhados, eles não podem ser descritos de forma individual, mas apenas como um conjunto. Imagine um par de dados. Na física clássica, se você jogá-los, anotar o valor de um deles e, depois, o valor de outro, poderá somá-los e obter um resultado. Na teoria quântica, isso não acontece: as partes não são suficientes para descrever o todo.
Esse fenômeno é comum em átomos e partículas subatômicas, e engenheiros conseguem manipulá-lo de forma relativamente fácil para criar computadores quânticos, por exemplo. Porém, ele é muito frágil e pode ser destruído por perturbações no ambiente.
Por causa disso, os pesquisadores da Universidade Aalto realizaram o experimento em temperaturas próximas ao zero absoluto — a -273° C — e usaram campos elétricos para bloquear possíveis perturbações. Os dois alto-falantes foram instalados em um chip de silício, e o emaranhamento foi criado por um laser de micro-ondas. Assim, as vibrações mecânicas das duas membranas se tornaram parte de um único sistema quântico.
Ajuste
“Esse experimento foi a continuação de investigações anteriores que prepararam a construção do dispositivo e do equipamento delicado de medição”, disse Sillanpää. “Isso levou anos de trabalho em laboratório para a equipe. Nós tivemos que ajustar o sistema para obter uma configuração exata”, acrescentou.
“Essa é uma coisa sobre a qual existe mais de uma década de discussão. Todo mundo queria fazer o que foi feito agora, mas ninguém conseguia”, afirmou Gabriel Landi, professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo. “Foi uma mistura de diferentes técnicas, de optomecânica a circuitos supercondutores. Nessa área, cada grupo tem o seu conjunto de segredos e truques para tornar o experimento possível.”
Para Landi, o que mais chamou a atenção no estudo foi o avanço no controle do experimento. Quanto mais complexo o sistema, mais complicado é manter o emaranhamento por longos períodos de tempo. Enquanto muitas tecnologias quânticas entrelaçam algumas dezenas de átomos, cada alto-falante do estudo é composto por aproximadamente um trilhão deles. “É assim que a ciência anda, aumentando o nosso controle da natureza. O estudo é um passo importante para o controle de uma propriedade exótica. Blindar um átomo é muito mais fácil do que blindar uma bola de pingue-pongue”, afirma o professor.
As descobertas da equipe podem ajudar em futuros experimentos, como a aumentar a precisão dos sistemas atuais que detectam ondas gravitacionais. De acordo com Fernando Parísio, professor do Departamento de Física da Universidade Federal de Pernambuco, as conclusões podem ajudar também a desvendar um dos grandes mistérios da física. “Uma coisa promissora é utilizar isso para tentar juntar duas teorias bem-sucedidas que nós temos: a relatividade geral e a mecânica quântica”, conta o professor. “Quando você tem um emaranhamento entre objetos massivos, que têm um pouco mais de gravidade, você começa a ter acesso à relação entre a quântica e a gravitação.” Ainda segundo Parísio, o tempo de estabilidade conseguido pelos pesquisadores é “uma eternidade” para esse fenômeno. “É merecido o artigo ser publicado na Nature”, opinou.
Aplicações tecnológicas mais cotidianas também são possíveis. Para Sillanpää, o estudo será muito útil em uma futura revolução da tecnologia. Para criar uma internet entre computadores quânticos, por exemplo, serão necessários objetos emaranhados. “Os alto-falantes podem servir como esses componentes, convertendo bits quânticos em um processador em informação quântica a ser transmitida.”
No futuro, os pesquisadores pretendem tentar emaranhar objetos cada vez maiores para descobrir se isso é possível ou não. “Atualmente, estamos testando alto-falantes com meio milímetro de diâmetro, que são milhares de vezes mais pesados que os anteriores. Nós também tentaremos um experimento em teleporte quântico, que pretende recriar a vibração de uma membrana em outra.”
*Estagiário sob supervisão de Ana Paula Macedo