Velocidade do emaranhamento quântico é medida pela primeira vez por cientistas da China

No mundo da física quântica, os eventos ocorrem em velocidades impressionantes. Processos que antes pensávamos acontecerem instantaneamente, como o emaranhamento quântico, agora estão sendo examinados em frações minúsculas de segundos.

É como congelar um momento passageiro para revelar detalhes sutis escondidos à vista de todos.

Junto com uma equipe de pesquisadores da China, o professor Joachim Burgdörfer e seus colegas do Instituto de Física Teórica da TU Wien estão medindo esses momentos fugazes para entender como o emaranhamento quântico realmente acontece.

Esses cientistas não estão focados em provar a existência do emaranhamento quântico, mas em descobrir como ele começa — como exatamente duas partículas se tornam emaranhadas?

Entendendo o emaranhamento quântico

Usando simulações computacionais avançadas, eles conseguiram espiar processos que ocorrem em escalas de tempo de attossegundos — um bilionésimo de um bilionésimo de segundo.

O emaranhamento quântico é um fenômeno estranho e fascinante onde duas partículas se tornam tão interconectadas que compartilham um único estado.

É como ter duas moedas mágicas que sempre caem no mesmo lado — se você joga uma, a outra mostra o mesmo resultado, mesmo que esteja a quilômetros de distância.

“Você poderia dizer que as partículas não têm propriedades individuais, elas só têm propriedades em comum. Do ponto de vista matemático, elas estão firmemente ligadas, mesmo se estiverem em dois lugares completamente diferentes”, explica o professor Burgdörfer.

Isso significa que medir uma partícula afeta instantaneamente o estado da outra, não importa o quão distantes elas estejam.

Em termos simples, as partículas emaranhadas compartilham uma conexão que lhes permite “se comunicar” instantaneamente. Ao medir uma partícula, você imediatamente descobre algo sobre sua parceira.

Esse comportamento estranho desafia nosso entendimento cotidiano de como o mundo funciona, tornando o emaranhamento um dos conceitos mais impressionantes da física quântica.

Experimentando com lasers e elétrons

Por mais desconcertante que o conceito de emaranhamento quântico pareça, não há mais dúvidas sobre sua veracidade, e não é isso que este estudo está investigando.

“Estamos interessados em outra coisa — descobrir como esse emaranhamento se desenvolve e quais efeitos físicos desempenham um papel em escalas de tempo extremamente curtas”, diz a professora Iva Březinová, uma das autoras da publicação atual.

Para explorar isso, a equipe analisou átomos atingidos por um pulso de laser extremamente intenso e de alta frequência. Imagine iluminar um átomo com uma lanterna superpoderosa.

Um elétron fica tão excitado que se liberta e voa para longe. Se o laser for forte o suficiente, um segundo elétron dentro do átomo também recebe um impulso, movendo-se para um nível de energia mais alto e mudando sua órbita em torno do núcleo.

Assim, após esse intenso feixe de luz, um elétron está livre, e o outro fica para trás, mas já não é mais o mesmo de antes.

“Nós podemos mostrar que esses dois elétrons estão agora emaranhados quanticamente”, diz o professor Burgdörfer. “Você só pode analisá-los juntos — e pode realizar uma medição em um dos elétrons e aprender algo sobre o outro ao mesmo tempo.”

Quando o tempo fica confuso

Aqui é onde as coisas ficam realmente intrigantes. O elétron que voa para longe não tem um momento definido de quando saiu do átomo.

“Isso significa que o tempo de nascimento do elétron que voa para longe não é conhecido. Você poderia dizer que o próprio elétron não sabe quando saiu do átomo”, observa o professor Burgdörfer.

Ele está no que é chamado de superposição quântica, o que significa que existe em múltiplos estados ao mesmo tempo.

Mas há mais. O tempo em que o elétron parte está ligado ao estado de energia do elétron que permanece.

Se o elétron restante tiver maior energia, o elétron que parte provavelmente saiu mais cedo. Se estiver em um estado de energia mais baixa, o elétron provavelmente saiu mais tarde — em média, cerca de 232 attossegundos depois.

Medindo o que é imensurável

Um attossegundo é tão breve que é quase incompreensível. No entanto, essas pequenas diferenças não são apenas teóricas.

“Essas diferenças podem não apenas ser calculadas, mas também medidas em experimentos”, diz o professor Burgdörfer.

A equipe desenvolveu um protocolo de medição combinando dois feixes de laser para capturar esse tempo elusivo.

Eles já estão colaborando com outros pesquisadores ansiosos para testar e observar esses emaranhamentos ultrarrápidos no laboratório.

Por que o emaranhamento quântico importa?

Entender como o emaranhamento se forma pode ter grandes implicações para tecnologias quânticas, como criptografia e computação.

Em vez de apenas tentar manter o emaranhamento, os cientistas agora podem estudar seu início. Isso pode levar a novas maneiras de controlar sistemas quânticos e melhorar a segurança das comunicações quânticas.

A jornada não termina aqui. O professor Burgdörfer e sua equipe estão entusiasmados com os próximos passos.

“Já estamos em conversas com equipes de pesquisa que querem provar esses emaranhamentos ultrarrápidos”, compartilha ele.

Ao explorar essas escalas de tempo ultracurtas, eles não estão apenas observando efeitos quânticos — estão redefinindo como entendemos a própria estrutura da realidade.

Emaranhamento quântico e o futuro

Está claro que, no mundo quântico, mesmo os momentos mais breves contêm uma riqueza de informações.

“O elétron não simplesmente salta para fora do átomo. Ele é uma onda que se derrama para fora do átomo, por assim dizer — e isso leva uma certa quantidade de tempo”, explica Iva Březinová.

“É precisamente durante essa fase que ocorre o emaranhamento, cujo efeito pode ser medido posteriormente observando os dois elétrons”, conclui.

Então, da próxima vez que você piscar, lembre-se de que em menos de um trilionésimo desse tempo, eventos quânticos inteiros estão se desenrolando, revelando segredos que podem mudar o futuro da tecnologia e nossa compreensão do universo.

O estudo completo foi publicado na revista Physical Review Letters.