“Experimentos anteriores possibilitaram o emaranhamento de até oito feixes, mas sem cores diferentes”, conta o professor. A descoberta abre perspectivas otimistas na transmissão de dados entre futuras redes quânticas de informações. O artigo que descreve a observação acaba de ser publicado na revista científica internacional Science, na sua versão eletrônica antecipada — Science Express, dessa quinta-feira (17).
Os experimentos realizados no LMCAL estão no universo da mecânica quântica, a teoria física que permite descrever fenômenos na escala atômica e sub-atômica. No emaranhamento quântico, sistemas que interagem podem ficar tão entrelaçados que cada um não pode mais ser descrito independentemente do outro de modo preciso. Suas propriedades dependem do outro sistema. “Eles se tornam correlacionados de uma forma muito mais forte do que pode ser obtida com sistemas do nosso dia-a-dia”, descreve o pesquisador. Correlações são cruciais em ciência da informação, de modo a permitir processamento, armazenamento e comunicação segura da informação. “O que um computador convencional levaria anos para processar, a computação quântica faria em minutos. Daí o interesse do emaranhamento quântico para as novas tecnologias de informação”, ressalta Nussenzveig.
No ano de 2000, um dos integrantes da equipe do LMCAL, o professor Marcelo Martinelli, construiu um Oscilador Paramétrico Óptico (OPO). O equipamento fez parte de seu trabalho de doutorado desenvolvido no IF e possibilita hoje o emaranhamento dos três feixes de cores diferentes.
O emaranhamento de dois feixes intensos de luz no OPO foi previsto teoricamente em 1988. No IF, o grupo dos professores Nussenzveig e Martinelli conseguiu observar um emaranhado com dois feixes em 2005, antes de outros três grupos que pesquisavam o mesmo assunto. “Naquele momento já percebemos que se poderia observar um emaranhamento com três cores”, lembra o pesquisador. A descoberta fez parte da tese de doutorado de outro integrante do grupo, o físico Alessandro de Sousa Villar. O trabalho foi vencedor do prêmio Capes de Teses 2008, na categoria Física, assim como do prêmio Professor José Leite Lopes, outorgado pela Sociedade Brasileira de Física.
A experiência
Para a observação do emaranhamento, os cientistas construíram a experiência sobre uma mesa de cerca de 4 metros quadrados (m²), onde instalaram o OPO e três cavidades de análise. Nussenzveig conta que a montagem e medições dos feixes de luz exigiram que os pesquisadores atravessassem noites para encontrar as condições ideais de observação. “Não poderia haver qualquer interferência de ruído ou vibração”, lembra.
No OPO, um cristal recebe fótons de luz verde de um lado (feixe de bombeio) e dá origem a pares de fótons no infra-vermelho, simultaneamente, do outro lado. “As propriedades dos feixes infra-vermelhos são fortemente correlacionadas, já que os fótons são criados aos pares. Para surgir um par, é necessário que um fóton verde desapareça , o que leva a correlações com o feixe de bombeio”, explica Nussenzveig.
O cientista lembra que recursos quânticos em geral são frágeis. Isso motivou o estudo de sua resistência a perdas (atenuação da luz). Em 2007, pesquisadores da UFRJ observaram um efeito sutil denominado “morte súbita de emaranhamento” num sistema de poucas partículas: o emaranhamento pode desaparecer completamente após um tempo finito. Os pesquisadores da USP observaram um fenômeno similar no sistema de feixes intensos, em que o emaranhamento desaparece para atenuação parcial dos feixes. Mas esse efeito não aparece em todas as condições de operação do sistema e os pesquisadores também conseguiram observar situações em que o emaranhamento só desaparece após atenuação total da luz.
A equipe de cientistas do LMCAL é coordenada pelos professores Paulo Alberto Nussenzveig e Marcelo Martinelli. O trabalho foi realizado com os estudantes de pós-graduação Antônio Sales O. Coelho e Felippe Alexandre S. Barbosa, e os pesquisadores Katiúscia Cassemiro e Alessandro Villar, ex-estudantes do grupo, que atualmente realizam pesquisas no Instituto Max Planck para Ciência da Luz, na Alemanha.
