Einstein estava errado: o efeito do emaranhamento quântico é comprovado experimentalmente

Físicos suíços montaram um experimento que pode servir como prova quase absoluta da existência do efeito de emaranhamento quântico. Esta questão foi extremamente embaraçosa para muitos físicos do século passado, incluindo Albert Einstein, e foi objeto de constante controvérsia. Para o novo experimento, foram construídos 30 metros de um tubo de vácuo com resfriamento criogênico para que o fóton voasse de uma partícula emaranhada para outra pelo maior tempo possível e não tivesse tempo de interferir nas medições.

O dispositivo do tubo de 30 m do experimento com o guia de ondas no meio. Fonte da imagem: ETH Zurich/Daniel Winkler

Einstein não conseguia aceitar a ideia de que partículas emaranhadas quânticas influenciam instantaneamente umas às outras em distâncias relativamente infinitas. Nesse caso, eles devem “transmitir informações” mais rápido que a velocidade da luz. Em sua opinião, simplesmente não sabemos tudo sobre física quântica, e pode haver alguns parâmetros ocultos que já estão contidos nas características da partícula e são fornecidos em resposta à medição das propriedades de uma das partículas emaranhadas.

Por exemplo, se medirmos a direção do spin de um de um par de fótons emaranhados, a informação sobre o spin do segundo (será oposto na direção) torna-se conhecida instantaneamente, não importa onde este segundo fóton do par esteja localizado. Isso também é chamado de efeito de teletransporte quântico.

Para determinar a presença de parâmetros ocultos na década de 60 do século passado, o físico John Bell propôs um experimento mental, que John Clauser montou já na década de setenta (pelo qual, em particular, recebeu o Prêmio Nobel de Física de 2022) . No sistema clássico (nosso mundo com você), as desigualdades de Bell são sempre observadas, enquanto no mundo quântico elas são violadas.

Se as desigualdades de Bell forem aplicadas a partículas emaranhadas, então uma medição aleatória de duas partículas emaranhadas ao mesmo tempo deve satisfazer as desigualdades ou violá-las. Neste último caso, isso será a prova de que não existem parâmetros ocultos e as partículas “transmitem informações” de acordo com as leis da física quântica – mais rápido que a velocidade da luz.

Cientistas do ETH Zurich (ETH Zurich) criaram uma instalação criogênica na qual um fóton viaja mais do que as medições locais de partículas ligadas. Um fóton de micro-ondas voa de uma extremidade à outra em 110 ns através do 30º tubo em um vácuo resfriado a -273°C. As medições levaram alguns nanossegundos mais rápido. Nenhuma informação de acordo com as leis clássicas poderia ser transmitida durante esse tempo, enquanto o efeito do emaranhamento quântico de partículas se manifestava plenamente.

Antes disso, a aplicação das desigualdades de Bell sugeria brechas no planejamento de experimentos. Somente um experimento poderia eliminar todos os locais disputados, durante os quais as medições deveriam ser feitas em menos tempo do que a luz leva para ir de uma ponta à outra – isso prova que não houve troca de informações entre eles.

«Nossa máquina tem 1,3 [toneladas] de cobre e 14.000 parafusos, além de uma enorme quantidade de conhecimento de física e know-how de engenharia”, disse o físico quântico da ETH Zurich, Andreas Wallraff.

Esse experimento também tinha outro propósito: garantir que sistemas supercondutores relativamente grandes possam ter propriedades quânticas. O experimento envolveu dois circuitos supercondutores, que desempenharam o papel de partículas ligadas, enquanto normalmente estamos falando do emaranhamento de partículas elementares como elétrons, fótons ou átomos. O experimento usou objetos do nosso grande mundo, e eles funcionaram de acordo com as leis da física quântica.

Isso significa que, com base em macrossistemas supercondutores, é possível construir computadores quânticos, realizar comunicação quântica e fazer muitas outras coisas interessantes sem se aprofundar em assuntos tão sutis e tímidos (supersensíveis) como as partículas elementares. Isso tem um potencial sem precedentes, que os cientistas pretendem desenvolver ainda mais.