Este experimento irá dizer se a gravidade obedece a mecânica quântica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/04/2026

A luz laser é injetada em uma cavidade óptica para medir continuamente a posição de um espelho móvel. Os dados da medição são analisados para estimar o estado quântico do espelho com alta precisão.
[Imagem: Kazuhiro Yamamoto/Kyushu University]

Unificação da Relatividade e Mecânica Quântica

O entrelaçamento quântico - a conexão que se forma entre duas partículas e faz com que uma influencie instantaneamente a outra, independentemente da distância que as separe - está na base da maioria das tecnologias quânticas, incluindo os computadores quânticos.

Enquanto isso, no mundo mais geral da Física, há um debate fervilhante sobre se a força da gravidade é quântica ou não. Saber isso é crucial para eliminar as inconsistências entre a própria Mecânica Quântica, que explica as coisas nas dimensões das moléculas e átomos para baixo, e a Teoria da Relatividade, que explica as coisas em dimensões cósmicas.

Há várias ideias para unificar Relatividade e Mecânica Quântica, sendo a mais comum delas a proposta de que a gravidade aja por meio de partículas, hipoteticamente chamadas grávitons. Se for assim, estaria provado que a força da gravidade é quântica.

As teorias e hipóteses aceitam quase tudo, mas o problema é provar experimentalmente a existência das partículas de gravidade - ninguém sabe como fazer isto, e a maioria concorda que, se é possível fazer, ainda não temos tecnologia para isso.

Ryotaro Fukuzumi e colegas da Universidade de Kyushu, no Japão, tiveram então uma ideia brilhante: Testar se a gravidade interage com o entrelaçamento quântico. Ou, dito de outro modo, gerar um entrelaçamento quântico induzido pela gravidade, no qual dois objetos que interajam apenas por meio da gravidade se tornem intrinsecamente ligados. Se esse "entrelaçamento gravitacionalmente induzido" emergir, então estará provada a natureza quântica da gravidade.

Posição e momento não podem ser determinados simultaneamente com precisão arbitrária. Tipicamente, a incerteza da posição é reduzida para melhorar a precisão da estimativa. A proposta é comprimir o momento para reduzir sua incerteza, enquanto a incerteza da posição aumenta, intensificando os sinais de entrelaçamento induzidos pela gravidade.
[Imagem: Kazuhiro Yamamoto/Kyushu University]

Entrelaçamento quântico induzido pela gravidade

Os problemas começam cedo: Objetos sensíveis à gravidade são grandes demais para o entrelaçamento quântico, e a gravidade é fraca demais para objetos muito pequenos.

É aí que vem a novidade: Basta amplificar os efeitos a ponto de conseguirmos medi-los.

Voltemos ao início: Uma maneira de tornar observáveis os hipotéticos efeitos quânticos gerados pela gravidade consiste em controlar cuidadosamente objetos relativamente grandes, para que eles entrem no regime quântico. Isso pode ser feito resfriando os objetos grandes até próximo do seu estado de menor energia, chamado estado fundamental, o que pode ser feito por meio de um resfriamento criogênico.

Nesse ponto, o movimento térmico aleatório é minimizado. Nesse estado, o comportamento quântico torna-se mais fácil de detectar. A posição e o momento do objeto são então regidos pelo princípio da incerteza de Heisenberg, que afirma que nenhuma dessas propriedades pode ser conhecida com precisão perfeita.

A ideia consiste em testar o entrelaçamento quântico entre dois espelhos grandes o suficiente para interagirem pela gravidade. Mas a plataforma precisa fazer mais do que isso: Ela precisa lidar com o momento e a posição dos espelhos, por assim dizer "amplificando" uma dessas propriedades para que seja possível medi-la com a precisão necessária.

Dois sistemas optomecânicos, com os espelhos cilíndricos A e B interagindo por meio da gravidade. A interação afeta apenas o modo mecânico diferencial associado ao seu deslocamento relativo, gerando entrelaçamento quântico entre os espelhos.
[Imagem: Kazuhiro Yamamoto/Kyushu University]

Comprimindo o momento

A proposta consiste em usar os espelhos móveis para criar o que os pesquisadores chamam de "momento comprimido". Na mecânica quântica, a compressão reduz a incerteza em uma propriedade, como o momento, enquanto aumenta a incerteza em outra, neste caso a posição.

No estado de momento comprimido idealizado pelos pesquisadores, o momento do espelho torna-se muito preciso, enquanto sua posição se torna mais difusa. Como resultado, o espelho existe em uma superposição quântica sobre uma região maior do espaço.

"Demonstramos que o uso desse estado comprimido em momento amplia significativamente a superposição quântica da posição do espelho, amplificando assim consideravelmente o sinal de emaranhamento quântico gerado pela gravidade. Isso representa uma nova estratégia que será vantajosa para futuros experimentos de verificação da natureza quântica da gravidade," explicou o professor Kazuhiro Yamamoto.

O dispositivo proposto - por enquanto é apenas um projeto - consiste em um sistema optomecânico de cavidade, no qual o movimento de um espelho pode ser controlado com alta precisão usando luz laser aprisionada em uma cavidade óptica. Com os dois espelhos próximos o suficiente, os sinais de entrelaçamento quântico ficarão mais fortes por meio de sua interação gravitacional. Quando o momento se torna mais preciso, a posição do espelho se torna menos certa e se espalha por uma área maior. Essa dispersão maior fortalece a assinatura mensurável dos efeitos quânticos da gravidade, tornando o entrelaçamento quântico mais fácil de detectar.

Fazendo uma medição contínua da luz emitida e um processamento cuidadoso do sinal para reduzir o ruído térmico (uma filtragem quântica óptica), o estado de momento comprimido pode emergir, viabilizando o tão sonhado experimento. E a equipe acredita que as condições necessárias para criar o estado de momento comprimido estão ao alcance da tecnologia atual. "Em particular, acredita-se que a possibilidade de gerar e detectar o emaranhamento induzido pela gravidade será ainda mais aprimorada com a utilização de ambientes de baixo ruído, como temperaturas extremamente baixas e alto vácuo ou o espaço sideral," disse Yamamoto.

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