Nanotecnologia

Dois tambores tocados com maestria anulam incerteza de Heisenberg

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/07/2021

Esquema dos dois tambores demonstrando o entrelaçamento quântico em objetos grandes.
[Imagem: Aalto University]

Incerteza sobre a incerteza

O princípio da incerteza, introduzido por Werner Heisenberg no final dos anos 1920, é um conceito fundamental da mecânica quântica.

As partículas fundamentais, como os elétrons que alimentam todos os produtos eletrônicos, também podem se comportar como ondas, o que implica que as partículas não podem ter uma posição e um momento bem definidos simultaneamente. Por exemplo, medir o momento de uma partícula leva a uma perturbação da sua posição e, portanto, a posição não pode ser definida com precisão. Este é o famoso Princípio da Incerteza de Heisenberg.

Mas Laure de Lepinay e seus colegas da Universidade Aalto, na Finlândia, demonstraram que existe uma maneira de contornar esse princípio da incerteza.

Em vez de partículas elementares, a equipe realizou os experimentos usando objetos muito maiores: Duas membranas vibratórias com um quinto do diâmetro de um fio de cabelo humano. Contudo, mesmo sendo muito maiores dos que as partículas fundamentais, as membranas foram cuidadosamente forçadas a se comportar seguindo as regras da mecânica quântica.

"Em nosso trabalho, as membranas apresentam um movimento quântico coletivo. Os tambores vibram em fases opostas entre si, de modo que, quando um deles está na posição final do ciclo de vibração, o outro está na posição oposta ao mesmo tempo. Nessa situação, a incerteza quântica do movimento dos tambores é cancelada se os dois tambores forem tratados como uma entidade mecânica quântica," explicou Lepinay.

Esse tratamento de um sistema mais complexo como sendo uma única entidade que obedece à mecânica quântica é bastante similar à usada em outro feito recente, quando físicos demonstraram que não é possível dar muitas garantias sobre o seu passado e o seu futuro.

O experimento terá aplicações práticas - na internet quântica - e fundamentais - nos testes da gravidade quântica.
[Imagem: Lépinay et al. - 10.1126/science.abf5389]

Gravidade quântica e rede quântica

O novo experimento significa que é possível medir simultaneamente a posição e o momento dos dois tambores, o que não deveria ser possível de acordo com o princípio da incerteza de Heisenberg.

Ao quebrar a regra, a equipe conseguiu caracterizar forças extremamente fracas que acionam os tambores, aumentando o nível de precisão que era possível alcançar anteriormente.

"Um dos tambores responde a todas as forças do outro tambor de forma oposta, meio que com uma massa negativa," comparou o professor Mika Sillanpaa.

Além disso, os pesquisadores também exploraram esse resultado para fornecer as evidências mais sólidas até hoje de que esses objetos grandes podem apresentar o fenômeno do entrelaçamento quântico (ou emaranhamento).

Objetos entrelaçados não podem ser descritos independentemente uns dos outros, embora possam ter uma separação espacial arbitrariamente grande. O entrelaçamento permite que pares de objetos se comportem de maneiras que contradizem a física clássica, o que é o recurso-chave por trás das emergentes tecnologias quânticas.

A equipe afirmou que pretende usar essa técnica em testes de laboratório com o objetivo de investigar a interação da mecânica quântica e da gravidade. As membranas vibratórias também podem servir como interfaces para conectar nós de redes quânticas distribuídas em grande escala.

Bibliografia:

Artigo: Quantum mechanics-free subsystem with mechanical oscillators
Autores: Laure Mercier de Lépinay, Caspar F. Ockeloen-Korppi, Matthew J. Woolley, Mika A. Sillanpaa
Revista: Science
Vol.: 372, Issue 6542, pp. 625-629
DOI: 10.1126/science.abf5389