Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Viena acaba de entrar para a história ao medir, pela primeira vez, “o efeito da rotação da Terra nos fótons quânticos emaranhados”. Publicado recentemente na Science Advances, o seu estudo “Observação experimental da rotação da Terra com emaranhamento quântico” é pioneiro em demonstrar a interação entre efeitos quânticos e relativísticos.
Isso significa que a equipe foi capaz de observar que forma a rotação da Terra influencia o comportamento de partículas quânticas emaranhadas, no caso partículas de luz (fótons). No experimento, eles utilizaram uma versão do interferômetro Sagnac, dispositivo óptico inventado em 1913 para medir rotações e velocidades angulares com grande precisão.
Criado pelo físico francês Georges Sagnac, sua precisão é incomparável na medição de velocidades de rotação, porém restrito aos limites da física clássica. Para superar a limitação, os autores construíram um interferômetro quântico baseado no dispositivo original, com dois quilômetros de fibras ópticas enroladas em uma moldura quadrada de alumínio de 1,4 metro.
Como os cientistas conseguiram “driblar” a rotação da Terra?
Resumo gráfico do estudo.Fonte: Raffaelle Silvestre et al.
Embora o uso da interferometria de precisão tenha o potencial de oferecer claras vantagens aos sistemas clássicos de medição, fazer isso em grande escala apresenta alguns desafios, como o tempo para processar os dados e a necessidade de evitar a decorrência, ou seja, proteger as partículas emaranhadas de influências externas que possam destruir seu estado quântico.
Em comunicado à imprensa, o autor principal do artigo, Raffaele Silvestri, reconhece a dificuldade. “O cerne da questão reside em estabelecer um ponto de referência para a nossa medição, onde a luz permaneça inalterada pelo efeito rotacional da Terra”, explica. E, como não é possível parar a Terra, eles decidiram “dividir a fibra óptica em duas bobinas de comprimento igual e conectá-las por meio de um interruptor óptico”.
Esse dispositivo simples permitiu, na prática, cancelar o sinal de rotação do planeta, quando necessário, simplesmente ligando e desligando. Isso permitiu o funcionamento estável do interferômetro por períodos mais longos, uma condição fundamental para a precisão e a confiabilidade das medições quânticas.
Invertendo fótons quânticos emaranhados para “enganar a luz”
Interferômetro de Sagnac adaptado para observações quânticas.Fonte: Raffaele Silvestri et al.
No interferômetro, duas partículas viajando em direções opostas de um caminho giratório fechado alcançam o ponto inicial em momentos diferentes. Mas, se estiverem emaranhadas quanticamente, elas se “comportam” como se fossem uma única partícula, indo para ambas as direções simultaneamente e, pior, acumulando o dobro do atraso de tempo. “Basicamente enganamos a luz fazendo-a pensar que está em um universo não rotativo”, brinca Silvestri.
O que eles fizeram na realidade foi inverter a direção de propagação dos dois fótons dentro da fibra óptica, quando cada um deles tinha percorrido metade do caminho. Isso compensou o efeito de arrasto da rotação da Terra, garantindo que as partículas de luz retornassem ao seu ponto de partida sem sofrer um atraso significativo.
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