Normalmente, para medir um objeto, você precisa interagir com ele de alguma forma: empurre ou bata, ou você precisa do eco de ondas sonoras ou de um fluxo de luz. Em suma, é quase impossível olhar para um objeto sem alguma interação com ele. Mas há exceções a qualquer regra, e elas existem no mundo física quântica.
Pesquisadores da Universidade de Aalto, na Finlândia, propõem uma maneira de "ver" um pulso de micro-ondas sem absorver e irradiar novamente nenhuma onda de luz. Este é um exemplo de medição especial sem interação, quando um objeto é observado sem interferência de partículas mediadoras.
O conceito fundamental de "ver sem tocar" não é novo. Os físicos provaram que é possível usar a natureza ondulatória da luz para explorar o espaço e não fazê-lo se comportar como partículas, dividindo ondas de luz alinhadas com precisão em diferentes caminhos e comparando seus caminhos.
Em vez de lasers e espelhos, a equipe usou micro-ondas e semicondutores, e essa é uma conquista à parte. A instalação utilizou o chamado transmonar um dispositivo para detectar uma onda eletromagnética que fez pulsos. Embora relativamente grandes para os padrões quânticos, esses dispositivos imitam o comportamento quântico de partículas individuais em muitos níveis usando um circuito supercondutor.
“A medição sem interação é um efeito quântico fundamental que determina a presença de um objeto sensível à luz sem absorção irreversível de fótons”, escrevem os pesquisadores em seu artigo publicado. "Aqui propomos o conceito de detecção coerente sem interação e o demonstramos experimentalmente usando um circuito transmon supercondutor de três níveis."
A equipe contou com a coerência quântica criada por seu sistema especial (a capacidade dos objetos de ocupar dois estados diferentes ao mesmo tempo, como o famoso gato de Schrödinger) para tornar o esquema complexo bem-sucedido. "Tivemos que adaptar o conceito às várias ferramentas experimentais disponíveis para dispositivos supercondutores", dizem cientistas da Aalto University. - Por causa disso, também tivemos que mudar radicalmente o protocolo padrão sem interação. Adicionamos outra camada de quantum usando um nível de energia mais alto transmonar".
Os experimentos conduzidos pela equipe foram apoiados por modelos teóricos que suportam os resultados. Este é um exemplo do que os cientistas chamam de vantagem quântica – a capacidade dos dispositivos quânticos de ir além do que é possível com os dispositivos clássicos.
Na física quântica, tocar coisas às vezes pode levar a consequências fatais. Portanto, para os casos em que o trabalho exige precisão máxima, os seguintes métodos alternativos de medição podem ser úteis. As áreas em que este esquema pode ser aplicado incluem Computação quântica, imagem óptica, detecção de ruído e distribuição de chaves criptográficas. Em cada caso, a eficiência dos sistemas envolvidos aumentará significativamente.
“Na computação quântica, nosso método pode ser usado para diagnosticar estados de fótons de micro-ondas em certos elementos de memória”, dizem os cientistas. “Isso pode ser visto como uma maneira altamente eficiente de extrair informações sem interromper o funcionamento do processador quântico”.
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