Efeito do Observador pode ser anulado tornando as partículas invisíveis

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/08/2025

A medição quântica cria um fluxo de informações, representado por 0s e 1s. Quando um espelho hemisférico é usado, ele cria interferência entre as ondas, quebrando o fluxo de informações.
[Imagem: James Bateman]

Quebrando a conexão quântica

Pesquisadores descobriram uma maneira incrivelmente simples para reduzir drasticamente o ruído que perturba partículas minúsculas, incluindo aquelas usadas para funcionar como qubits dos computadores quânticos.

Quando adentramos no reino quântico, observar uma partícula não é um ato passivo, algo conhecido como efeito do observador: mesmo os fótons da luz usados para observar o objeto perturbam seu movimento, alterando coisas como sua posição e velocidade. Essa perturbação é conhecida como ruído de retroação quântica e limita a precisão com que conseguimos observar ou controlar esses sistemas.

Rafal Gajewski e James Bateman, da Universidade de Swansea, no Reino Unido, descobriram agora uma conexão notável: Esse relacionamento funciona nos dois sentidos, o que abriu o caminho para anulá-lo.

"Nosso trabalho mostrou que, se você puder criar condições nas quais a medição se torna impossível, a perturbação também desaparece," explicou Gajewski. "Usando um espelho hemisférico com a partícula no centro, descobrimos que, sob condições específicas, a partícula se torna idêntica à sua imagem no espelho. Quando isso acontece, não é possível extrair informações de posição da luz espalhada e, ao mesmo tempo, a retroação quântica desaparece."

Escondendo a partícula do observador

O principal cenário envolve situações em que é necessário usar a luz de um laser para medir, aprisionar ou levitar uma partícula. Embora exista um ponto de quase equilíbrio, conhecido como limite de Heisenberg, que permite emitir luz o suficiente para fazer a medição com o mínimo de impacto sobre a partícula, esse "mínimo" ainda é significativo e limita muito a precisão - não dá para ficar no limite de Heisenberg e fazer uma partícula levitar, por exemplo.

O truque desenvolvido pela dupla evita esse problema bloqueando o fluxo de informações que sai da partícula quântica. Isso poderá ser feito colocando a partícula no centro de um espelho hemisférico, com um raio bem calculado. Durante a operação, a luz recebida e refletida pela partícula vão interferir uma com a outra, uma interferência destrutiva que não permitirá que a luz que sai leve consigo qualquer informação sobre a posição da partícula.

Na prática, é como tornar a partícula invisível para o observador, anulando o efeito do observador.

"Este trabalho revela algo fundamental sobre a relação entre informação e perturbação na mecânica quântica. O que é particularmente surpreendente é que a reação reversa desaparece precisamente quando o espalhamento de luz é maximizado - o oposto do que a intuição poderia sugerir," detalhou Bateman. "Ao projetar o ambiente ao redor de um objeto quântico, podemos controlar quais informações estão disponíveis sobre ele e, portanto, controlar o ruído quântico que ele experimenta. Isso abre novas possibilidades para experimentos quânticos e medições potencialmente mais sensíveis."

Quando a luz dispersada pela partícula e sua reflexão se cancelam por meio de interferência, o campo de saída não codifica mais nenhuma informação sobre a posição da partícula.
[Imagem: Rafal Gajewski/James Bateman - 10.1103/PhysRevResearch.7.023041]

Usos práticos

Tornar tudo isso prático exigirá agora o desenvolvimento de espelhos com uma superfície reflexiva quase perfeita, além de serem pouco afetados pelo calor do laser.

Mas valerá a pena. A equipe listou algumas das possibilidades que seu aparato permitirá:

• Criar estados quânticos com objetos muito maiores que átomos.
• Testar a física quântica fundamental em escalas sem precedentes.
• Realizar experimentos que explorem a fronteira entre a mecânica quântica e a gravidade.
• Desenvolver sensores ultrassensíveis para detectar forças minúsculas.

Quando construído, o aparato poderá ser particularmente importante para projetos como o MAQRO (Macroscopic Quantum Resonators: Ressonadores quânticos macroscópicos), uma futura missão espacial que pretende testar a física quântica com objetos maiores do que nunca.

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