Novo estudo revela como o emaranhado quântico é transferido em experimentos de fotoionização ultrarrápida, oferecendo-nos insights sobre como a informação quântica se desenvolve de escalas microscópicas a macroscópicas
O emaranhamento é um fenômeno onde duas ou mais partículas ficam ligadas de tal forma que uma medição em uma das partículas influencia instantaneamente o estado da outra, não importa quão distantes estejam. É uma propriedade definidora da mecânica quântica, que é elementary para todas as tecnologias quânticas e continua a ser um sério desafio a ser realizado em grandes sistemas.
No entanto, uma equipa de investigadores da Suécia e de Espanha deu recentemente um grande passo em frente no campo do emaranhamento ultrarrápido. Aqui, pares de pulsos ultravioleta extremos são usados para exercer controle quântico na escala de tempo de attossegundos (alguns quintilionésimos de segundo).
Especificamente, eles estudaram a fotoionização ultrarrápida. Neste processo, um pulso de luz de alta energia atinge um átomo, ejetando um elétron e deixando para trás um íon.
Este processo pode criar emaranhamento entre o elétron e o íon de forma controlada. No entanto, o emaranhado é frágil e pode ser interrompido ou transferido à medida que o sistema evolui.
Por exemplo, à medida que o ião recém-criado emite um fotão para libertar energia, o emaranhamento muda do par electrão-ião para o par electrão-fóton. Este processo de transferência leva um tempo considerável, na escala de 10s de nanossegundos. Isso significa que o par íon-elétron está macroscopicamente separado, na escala centimétrica.
A equipe descobriu que durante esta transição, todas as três partículas – elétron, íon e fóton – estão emaranhadas em um estado multipartido.
Eles fizeram isso usando uma ferramenta matemática chamada entropia de von Neumann para rastrear quanta informação é compartilhada entre as três partículas.
Embora este trabalho fosse puramente teórico, eles também propuseram um método experimental para estudar a transferência de emaranhamento. A configuração usaria dois pulsos de laser de elétrons livres sincronizados, com precisão de attossegundos, para medir a energia do elétron e detectar se um fóton foi emitido. Medindo ambas as partículas em coincidência, o emaranhamento pode ser detectado.
Os resultados poderiam ser generalizados para outros cenários e nos ajudarão a entender como a informação quântica pode se mover entre diferentes partículas. Isso nos aproxima um pequeno passo de tecnologias futuras, como comunicação e computação quântica.