Cientistas de Oxford alcançaram a primeira interação quântica de quarta ordem, o que nos permitirá aprofundar nossa compreensão da física do Universo.

Em mecânica quântica, é impossível conhecer simultaneamente os valores precisos de várias características de objetos emparelhadas, por exemplo, as coordenadas de um elétron e sua velocidade (princípio da incerteza de Heisenberg). É possível obter o valor preciso de apenas um parâmetro, comprometendo a determinação dos demais. Isso é chamado de compressão, quando o espaço de probabilidade se transforma de um círculo em uma elipse. Mas é possível ir além e obter relações mais sutis criando pétalas e pontas em vez de uma elipse.

Fonte da imagem: Universidade de Oxford

Esta descoberta notável foi anunciada por cientistas da Universidade de Oxford, que demonstraram pela primeira vez o “quadsqueezing” — uma interação quântica de quarta ordem. Assim como o squeezing de terceira ordem, o squeezing de quarta ordem é considerado um fenômeno de ordem superior, anteriormente inatingível experimentalmente. A obtenção de distribuições de probabilidade com formas mais complexas do que uma elipse era dificultada pelo ruído, que mascarava interações quânticas mais sutis. Enquanto isso, a capacidade de detectar tais interações abre caminho para detectores mais sensíveis. Em particular, isso poderia melhorar a sensibilidade dos observatórios de ondas gravitacionais, que já utilizam o squeezing de segunda ordem em seus detectores.

Para o experimento, os pesquisadores utilizaram um único íon aprisionado ao qual aplicaram duas “forças cuidadosamente controladas” — campos de laser controlados. Embora cada força individualmente produzisse um efeito linear simples, sua interação não comutativa gerou uma forte interação quântica não linear de ordem superior. Ao variar as frequências, fases e amplitudes das forças, os cientistas conseguiram ativar seletivamente o tipo de compressão desejado, suprimindo efeitos indesejados. A compressão de quarta ordem foi gerada mais de 100 vezes mais rápido do que o esperado usando abordagens tradicionais.

O método experimental foi confirmado pela reconstrução dos estados quânticos do movimento iônico, revelando formas características para interações de diferentes ordens. A abordagem está agora sendo estendida a sistemas multimodo. Além disso, o método proposto é compatível com diversas plataformas quânticas (supercondutoras, de átomos frios e outras) e já está sendo utilizado para gerar superposições de estados comprimidos e simular a teoria de gauge em rede. Em conjunto, isso abre novas perspectivas em simulação quântica, sensores de ultraprecisão e computação.