Num avanço significativo para a física quântica, cientistas da Universidade do Arizona demonstraram um método para capturar e manipular a incerteza quântica em tempo real. Utilizando impulsos de luz ultrarrápidos, a equipa conseguiu controlar com precisão a chamada "luz comprimida", um passo que pode acelerar o desenvolvimento de comunicações quânticas seguras e sistemas óticos de nova geração. A investigação foi publicada na revista Light: Science & Applications.
O que é a luz comprimida e o princípio da incerteza
A luz comprimida é uma forma especializada de luz na qual as flutuações quânticas são redistribuídas entre duas propriedades complementares. De acordo com a teoria quântica, a luz é caracterizada por dois parâmetros interdependentes: um relacionado com a sua fase (posição) e outro com a sua intensidade.
Devido ao princípio da incerteza de Heisenberg, estes dois valores nunca podem ser conhecidos simultaneamente com precisão perfeita. Melhorar a medição de um implica sempre uma maior incerteza no outro. Enquanto a luz comum mantém uma distribuição equilibrada de incerteza, a luz comprimida altera deliberadamente esse equilíbrio, minimizando a incerteza numa propriedade enquanto a aumenta na outra. O resultado é uma onda de luz capaz de medições mais precisas em áreas específicas, sem violar os limites quânticos.
Esta técnica já se provou útil em detetores de ondas gravitacionais, onde a luz comprimida ajuda os instrumentos a filtrar o ruído de fundo cósmico para detetar distorções ténues no espaço-tempo a milhares de milhões de anos-luz de distância.
Do milissegundo ao femtossegundo: o avanço ultrarrápido
Enquanto as experiências convencionais com luz comprimida usam impulsos de laser que duram milissegundos, a equipa do Arizona explorou se o fenómeno poderia ser alcançado com rajadas milhões de vezes mais curtas, na ordem dos femtossegundos (um quadrilionésimo de segundo).
Segundo Mohammed Hassan, autor sénior do artigo e professor de física e ciências óticas, alcançar este feito exigiu superar um dos obstáculos técnicos mais persistentes da ótica quântica: a correspondência de fase entre lasers de diferentes comprimentos de onda. Em vez de recorrer a configurações complexas, a equipa desenvolveu um método mais simples, utilizando um processo chamado mistura de quatro ondas, onde as ondas de luz interagem num meio para formar novas frequências. Este processo, realizado em sílica fundida, permitiu gerar e controlar pela primeira vez luz comprimida ultrarrápida.
Controlar o "aperto" quântico em tempo real
Ao contrário de esforços anteriores que visavam a fase de um fotão, os investigadores focaram-se em comprimir a intensidade, ou a amplitude da onda de luz. Descobriram que, ao fazer pequenos ajustes na orientação da sílica em relação aos feixes de laser, conseguiam alternar o comportamento da compressão entre a intensidade e a fase.
"Este é o primeiro controlo em tempo real da incerteza quântica usando luz ultrarrápida", afirmou Hassan. "Junta dois domínios anteriormente separados – a ótica quântica e a ciência ultrarrápida – no que agora chamamos de ótica quântica ultrarrápida."
Da comunicação quântica à descoberta de fármacos: as aplicações futuras
A equipa já testou como a técnica pode melhorar a segurança dos dados. Os sistemas de comunicação quântica dependem de chaves baseadas em luz que revelam qualquer tentativa de interceção. O novo método adiciona uma camada extra de proteção, pois qualquer intruso precisaria não só da chave criptográfica, mas também das condições exatas de amplitude de cada impulso.
Hassan acredita que as implicações vão muito além da comunicação. A luz quântica ultrarrápida poderá permitir imagens biológicas mais sensíveis, deteção ambiental melhorada e técnicas de espectroscopia de precisão que revelam o comportamento molecular a velocidades sem precedentes, abrindo portas para a monitorização química em tempo real e a descoberta de novos fármacos, onde a captura de interações moleculares fugazes é crítica. Esta investigação demonstra o potencial incrível de transformar materiais com luz, abrindo novos caminhos para a inovação.
Nenhum comentário
Seja o primeiro!