Especial Telescópios: Telescópio Quântico

Com informações da Physicsworld - 29/12/2014

À esquerda, uma galáxia espiral distante vista por um telescópio clássico. As duas simulações mostram as melhorias obtidas com o uso do telescópio quântico - à direita são usados 36 fótons clonados.
[Imagem: Aglae Kellerer]

Telescópio miniaturizado

É pelo desejo de aumentar constantemente a resolução que os telescópios têm ficado cada vez maiores - lembre-se do Telescópio Europeu Extremamente Grande (E-ELT) e do Telescópio Gigante de Magalhães.

Quando um fóton entra pela abertura de um telescópio, a incerteza na sua posição é reduzida ao raio dessa abertura.

Além disso, de acordo com o princípio da incerteza de Heisenberg, há uma incerteza correspondente no seu momento, que define a direção inicial do fóton.

Como a incerteza na posição aumenta com a ampliação da abertura, a incerteza no seu momento cai - permitindo que a direção do fóton seja determinada com maior precisão.

Em outras palavras, telescópios com aberturas maiores têm um menor "limite de difração".

Aglaé Kellerer, da Universidade de Durham, no Reino Unido, começou então a pensar em como a mecânica quântica poderia fornecer uma alternativa que permitisse superar o limite de difração. Ela encontrou opções em métodos já usados em microscopia e em litografia.

Telescópio quântico

O limite de difração para a abertura de um telescópio é definido por fóton - mas se houver muitos fótons idênticos, fótons clonados, todos chegando ao mesmo tempo, o limite de difração será reduzida por um fator igual à raiz quadrada do número de fótons.

Para conseguir isso, Kellerer propõe que seja feita uma medição quântica não-destrutiva quando cada fóton passar através da pupila do telescópio. Essa medição fraca não revela informações específicas sobre cada fóton, mas registra sua passagem.

Após a medição, o fóton é clonado, deixando átomos decaírem de um estado de excitação para seu nível fundamental de energia, quando então eles emitem espontaneamente vários fótons idênticos. Esses fótons clonados seriam então gravados por um detector, que calcularia o seu sinal médio.

A teoria está toda pronta. Mas, infelizmente, a tecnologia necessária para construir um telescópio usando esse sistema de clonagem quântica ainda não foi desenvolvida.

Um objetivo muito mais próximo, acrescenta Kellerer, é um experimento de prova de conceito, o que poderia ser feito em um laboratório especializado em óptica quântica, como o Instituto Max Planck de Óptica Quântica, na Alemanha, ou o Instituto de Óptica e Informação Quântica, na Áustria.

"Este é o primeiro passo a ser dado agora", disse ela.

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