Traduzido por Julio Batista
Original de Mike McRae para o ScienceAlert
Poucas coisas no Universo mantêm o ritmo tão confiável quanto o pulso de um átomo.
No entanto, mesmo os relógios ‘atômicos’ mais avançados baseados em variações desses cronometristas quânticos perdem a conta quando levados ao limite.
Os físicos sabem há algum tempo que átomos emaranhados podem ajudar a prender partículas o suficiente para espremer um pouco mais de tique-taque do tempo, mas a maioria dos experimentos só conseguiu demonstrar isso na menor das escalas.
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Oxford, no Reino Unido, empurrou esse limite para uma distância de dois metros, provando que a matemática continua válida em espaços maiores.
Isso não apenas pode melhorar a precisão geral dos relógios atômicos ópticos, mas também permite um nível de comparação no tempo de frações de segundo de vários relógios em um grau que poderia revelar sinais anteriormente indetectáveis em uma variedade de fenômenos físicos.
Como o nome indica, os relógios atômicos ópticos usam a luz para sondar os movimentos dos átomos para manter o tempo.
Como uma criança em um balanço, os componentes dos átomos se movem para frente e para trás sob um conjunto consistente de restrições. Tudo o que é necessário é um chute confiável, como um fóton de um laser, para colocar o balanço em movimento.
Várias técnicas e materiais foram testados ao longo dos anos para avançar a tecnologia até o ponto em que as diferenças em suas frequências mal somam um segundo de erro ao longo dos 13 bilhões de anos do Universo – um nível de precisão que significa que podemos precisamos repensar a maneira como medimos o próprio tempo.
Por mais afinada que essa tecnologia seja, chega um ponto em que as próprias regras de manutenção do tempo se tornam um pouco vagas graças às incertezas da paisagem quântica que introduz um monte de situações de círculo vicioso.
Por exemplo, frequências mais altas de luz podem melhorar a precisão, mas têm o custo de pequenas incertezas entre o impulso do fóton e a resposta do átomo se tornando mais importantes.
Estes, por sua vez, podem ser resolvidos fazendo uma leitura do átomo várias vezes, uma solução não sem seus próprios problemas.
Uma leitura ‘única’ com o tipo certo de pulso de laser seria o ideal. Os físicos sabem que a incerteza dessa abordagem pode ser melhorada se o átomo que está sendo medido já teve seu destino emaranhado com outro.
O emaranhamento é ao mesmo tempo um conceito intuitivo e bizarro. De acordo com a mecânica quântica, não se pode dizer que os objetos têm um valor ou estado até que sejam observados.
Se eles já fazem parte de um sistema maior – talvez por meio de uma troca de fótons com outros átomos – todas as partes do sistema estarão destinadas a fornecer um resultado relativamente previsível.
É como jogar duas moedas da mesma carteira, sabendo que se uma der cara, a outra vai dar coroa, mesmo que ela gire no ar.
As duas “moedas” neste caso eram um par de íons de estrôncio, emaranhados com um fóton que foi enviado por um pequeno comprimento de fibra óptica.
O teste em si não produziu nenhum nível revolucionário de precisão em relógios atômicos ópticos, embora não fosse pretendido.
Em vez disso, a equipe mostrou que, ao emaranhar os átomos carregados de estrôncio, eles poderiam reduzir a incerteza da medição sob condições que deveriam permitir melhorar a precisão no futuro.
Conhecer distâncias macroscópicas de alguns metros não representa nenhum desafio, agora é teoricamente possível emaranhar relógios atômicos ópticos ao redor do mundo para melhorar sua precisão.
“Embora nosso resultado seja uma prova de princípio e a precisão absoluta que alcançamos seja algumas ordens de magnitude abaixo do estado da arte, esperamos que as técnicas mostradas aqui possam um dia melhorar os sistemas de última geração”, disse o físico Raghavendra Srinivas.
“Em algum momento, o emaranhamento será necessário, pois fornece um caminho para a precisão máxima permitida pela teoria quântica”.
Extrair um pouco mais de confiança de cada tique-taque de um relógio atômico pode ser exatamente o que precisamos para medir pequenas diferenças de tempo produzidas por massas nas menores distâncias, uma ferramenta que pode levar a teorias quânticas da gravidade.
Mesmo fora da pesquisa, o uso do emaranhamento para reduzir a incerteza nas medições quânticas pode ter aplicações em qualquer coisa, desde computação quântica até criptografia e comunicações.
Esta pesquisa foi publicada na Nature.
