Relógio atómico
Existem poucas coisas no Universo que sejam capazes de manter o ritmo de uma forma tão estável como o pulso de um átomo.
No entanto, mesmo os relógios atómicos mais avançados, baseados nas variações de relógios quânticos, perdem a conta quando são testados os seus limites.
Os físicos sabem que o entrelaçar de átomos pode ajudar a amarrar partículas suficientes para espremer um pouco mais de cada toque, no entanto, a maioria das experiências só conseguiu demonstrar isto numa escala muito pequena.
Uma equipa de investigadores da Universidade de Oxford, no Reino Unido, empurrou esse limite para uma distância de cerca de dois metros, provando que a matemática continua a ser verdadeira em espaços maiores.
Isto não só pode melhorar a precisão geral dos relógios atómicos óticos, como também permite um nível de comparação no tempo de fração de segundos de vários relógios a um grau capaz de revelar sinais anteriormente indetetáveis, numa série de fenómenos físicos, segundo avança a Science Alert.
Como o nome indica, os relógios atómicos óticos utilizam a luz para sondar os movimentos dos átomos, de forma a manterem o ritmo.
Tal como uma criança num baloiço, os componentes dos átomos balançam para trás e para a frente, sob um conjunto consistente de restrições. Basta um pontapé com confiança — neste caso, um fotão de um laser — para pôr o baloiço em movimento.
Foram testados várias técnicas e materiais ao longo dos anos, que permitiram avançar a tecnologia até ao ponto de as diferenças nas suas frequências mal sofrerem erros, ao longo dos cerca de 13 mil milhões de anos do Universo. Este nível de precisão significa que podemos ter de repensar a forma como medimos o tempo.
Por muito aperfeiçoada que esta tecnologia seja, chega um momento em que as próprias regras de medição do tempo se tornam um pouco vagas, devido às incertezas da paisagem quântica.
Por exemplo, frequências mais elevadas de luz podem melhorar a precisão, mas têm como obstáculo as pequenas incertezas entre o “pontapé” do fotão e a resposta do átomo que se torna mais importante.
Estas, por sua vez, podem ser eliminadas pela leitura do átomo várias vezes, uma solução que não deixa de ter os seus próprios problemas.
Uma leitura de ‘tiro único’ com o tipo certo de pulso laser seria ideal. Os físicos sabem que a incerteza desta abordagem pode ser melhorada se o átomo que está a ser medido já tiver o seu destino entrelaçado com outro.
O entrelaçamento é ao mesmo tempo um conceito intuitivo e caricato. De acordo com a mecânica quântica, não se pode dizer que os objetos tenham um valor ou estado, até que sejam observados.
Se já fazem parte de um sistema maior — talvez através de uma troca de fotões com outros átomos — todas as partes do sistema serão capazes de providenciar um resultado relativamente previsível.
É como atirar duas moedas ao ar, a partir da mesma carteira, sabendo que se uma calhar caras, a outra será coroa, mesmo enquanto giram no ar.
As duas “moedas”, neste caso, eram um par de iões, entrelaçados com um fotão que foi enviado para baixo com um curto comprimento de fibra ótica.
O teste em si não produziu quaisquer níveis revolucionários de precisão em relógios atómicos óticos, embora não fosse essa a sua intenção.
Em vez disso, a equipa mostrou no estudo publicado na Science a 7 de setembro que, entrelaçando os átomos, poderiam reduzir a incerteza da medição em condições que lhes permitissem melhorar a precisão no futuro.
Conhecer distâncias macroscópicas de alguns metros não representa qualquer desafio — é agora teoricamente possível entrelaçar os relógios atómicos óticos em todo o mundo, para melhorar a sua precisão.
“Embora o nosso resultado seja em grande parte uma prova de principio, e a precisão absoluta que alcançamos é algumas ordens de magnitude abaixo do estado da arte, esperamos que as técnicas aqui mostradas possam um dia melhorar os sistemas de tecnologia de ponta”, admite o físico Raghavendra Srinivas.
“A dada altura, será necessário um entrelaçamento, uma vez que proporciona um caminho para a precisão final permitida pela teoria quântica“, acrescenta.
Ter um pouco mais de confiança em cada tiquetaque de um relógio atómico pode ser apenas o que precisamos para medir pequenas diferenças no tempo produzidas pelas massas ao longo das mais pequenas distâncias, uma ferramenta que pode melhorar a teorias quânticas da gravidade.
Mesmo fora da investigação, a utilização do entrelaçamento para reduzir a incerteza nas medições quânticas pode ter aplicações em tudo, desde a computação quântica até à encriptação e comunicações.
