O “impossível” é alcançado: físicos criam holograma quântico

Até recentemente, os cientistas não achavam que isso poderia ser feito. Eles pensavam que as leis fundamentais da física proibiam. Mas um grupo persistente de cientistas da Universidade de Varsóvia, na Polônia, conseguiu o impossível: eles criaram um holograma de uma única partícula de luz. Essa conquista está inaugurando uma nova era de holografia quântica, o que dará aos cientistas uma nova maneira de olhar para fenômenos quânticos. Ao contrário da fotografia, a holografia recria a estrutura espacial dos objetos, dando-nos as suas formas 3D. A técnica tira proveito de algo chamado de interferência clássica, que é quando duas ondas se encontram e formam uma nova onda.

Os cálculos batem: nosso universo pode ser um holograma

Mas a interferência clássica é impossível com fótons uma vez que suas fases (uma propriedade das ondas) estão em constante flutuação. Assim, os físicos de Varsóvia tentaram dar aos hologramas quânticos um gosto de seu próprio veneno: eles usaram a interferência quântica, na qual as funções de onda dos fótons (que têm a ver com a probabilidade da partícula estar em um estado particular) interagem.

“A função de onda é um conceito fundamental na mecânica quântica e o núcleo de seu princípio mais importante, a equação de Schrödinger”, de acordo com o site Phys.org. “Nas mãos de um especialista físico, a função pode ser comparada a massa nas mãos de um escultor. Quando usada habilmente, ela pode ser usada para “moldar” um modelo de um sistema de partículas quânticas”.

Por que fótons?

Enquanto filmavam os pares de comportamento de fótons, Radoslaw Chrapkiewicz e Michal Jachura, dois dos pesquisadores, notaram algo chamado de interferência de dois fótons. Na interferência de dois fótons, pares de fótons distinguíveis agem aleatoriamente ao entrar em um divisor de feixe (que divide um raio de luz).

Mas os fótons não distinguíveis apresentam interferência quântica, o que afeta seu comportamento. Os pares são sempre ou transmitidos ou refletidos juntos.

“Após esta experiência, fomos inspirados a perguntar se a interferência quântica de dois fótons poderia ser usada de forma semelhante à interferência clássica na holografia, a fim de usar fótons de estado conhecido para ganhar ainda mais informações sobre fótons de estado desconhecido”, explica Chrapkiewicz.

Como o entrelaçamento quântico construiu o tempo

“Nossa análise nos levou a uma conclusão surpreendente: descobrimos que quando dois fótons apresentam interferência quântica, o curso desta interferência depende da forma de suas frentes de onda [uma superfície imaginária que une todos os pontos adjacentes com a mesma fase]”.

Compreender a mecânica quântica

Esta experiência tem enormes implicações para a nossa compreensão das leis fundamentais da mecânica quântica, um campo da física que tem deixado cientistas perplexos há mais de um século. Ela permite aos cientistas obter informações valiosas sobre a fase da função de onda de um fóton.

“Nossa experiência é uma das primeiras que nos permite observar diretamente um dos parâmetros fundamentais da função de onda do fóton – a sua fase – trazendo-nos um passo mais perto de compreender o que a função de onda realmente é”, diz Jachura.

Os pesquisadores esperam aplicar este método para criar hologramas de objetos quânticos mais complexos, que possam ter implicações que se estendem para além da ciência fundamental, chegando em aplicações do mundo real.

Teoria das cordas poderia ser o fundamento da mecânica quântica

“Todos nós, físicos, devemos primeiro colocar nossas cabeças em torno desta nova ferramenta”, disse Konrad Banaszek, pesquisador do experimento.”É provável que as aplicações reais da holografia quântica não apareçam por algumas décadas ainda, mas se há uma coisa que podemos ter certeza, é que elas serão surpreendentes”. [Science Alert]

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