A introdução de átomos nos estados de Rydberg é um truque útil para os engenheiros, sobretudo quando se trata de conceber novos componentes para computadores quânticos.
Assinalar a passagem do tempo num mundo onde existem relógios é algo simples: resume-se à contagem dos segundos entre o “antes” e “depois”. No entanto, na escala quântica dos electrões, o ‘antes’ nem sempre pode ser antecipado. Pior ainda, o ‘agora’ está inserido numa névoa de incerteza. Um cronómetro não vai simplesmente cortá-lo em alguns cenários.
Uma solução potencial poderia ser encontrada na própria forma do nevoeiro quântico em si, de acordo com uma equipa de investigadores da Universidade de Uppsala na Suécia. As suas experiências sobre a natureza ondulatória do estado de Rydberg revelaram uma nova forma de medir o tempo que não requer um ponto de partida preciso.
Os átomos de Rydberg são balões sobre-inflados do mundo das partículas. Com lasers em vez de ar, estes átomos contêm electrões em estados de energia extremamente elevada, orbitando longe do núcleo.
Na realidade, nem todas as bombas de um laser precisam de insuflar um átomo até atingir proporções caricatas. De facto, os lasers são rotineiramente utilizados para fazer cócegas nos electrões em estados de energia mais elevados para uma variedade de utilizações.
Em algumas aplicações, um segundo laser pode ser utilizado para monitorizar as mudanças na posição dos electrões, incluindo a passagem do tempo. Estas técnicas de podem ser utilizadas para medir a velocidade de certos electrões ultra-rápidos, por exemplo.
A introdução de átomos nos estados de Rydberg é um truque útil para os engenheiros, sobretudo quando se trata de conceber novos componentes para computadores quânticos.
Neste âmbito, os físicos acumularam uma quantidade significativa de informação sobre a forma como os electrões se movimentam quando empurrados para um estado de Rydberg.
Sendo animais quânticos, porém, os seus movimentos não se assemelham a contas a deslizar sobre um pequeno ábaco, e mais como uma noite na mesa da roleta, onde cada lançamento e salto da bola é espremido num único jogo de azar.
O livro de regras matemáticas por detrás deste jogo selvagem da roleta de electrões Rydberg é referido como um pacote de ondas Rydberg.
Tal como as ondas verdadeiras num lago, ter mais do que um pacote de ondas Rydberg a ondular num espaço cria interferências, resultando em padrões únicos de ondulações. Atira suficientes pacotes de ondas Rydberg para o mesmo tanque atómico, e esses padrões únicos representarão cada um o tempo distinto que leva para que os pacotes de ondas evoluam de acordo uns com os outros.
Foram estas mesmas “impressões digitais” de tempo que os físicos por detrás deste último conjunto de experiências se propuseram a testar, mostrando que eram suficientemente consistentes e fiáveis para servirem como uma forma de carimbo de tempo quântico.
A investigação envolveu a medição dos resultados de átomos de hélio estimulados por laser e a correspondência das suas descobertas com previsões teóricas para mostrar como os seus resultados de assinatura poderiam manter-se durante um período de tempo.
“Se estiver a utilizar um contador, tem de se definir zero. Começa-se a contar a dada altura”, explicou a física Marta Berholts, da Universidade de Uppsala na Suécia, que liderou a equipa, à New Scientist. “O benefício disto é que não tem de iniciar o relógio – basta olhar para a estrutura de interferência e dizer ‘está bem, já passaram 4 nanossegundos'”.
Um livro guia de pacotes de ondas Rydberg em evolução poderia ser usado em combinação com outras formas de espectroscopia de sonda de bomba que medem eventos a uma escala minúscula, quando de vez em quando são menos claros, ou simplesmente demasiado inconvenientes para medir.
É importante notar que nenhuma das impressões digitais requer um ‘antes’ e ‘agora’ para servir como ponto de partida e de paragem para o tempo. Seria como medir a corrida de um velocista desconhecido contra uma série de concorrentes que correm a velocidades definidas.
Ao procurar a assinatura de estados de Rydberg interferentes no meio de uma amostra de átomos de sonda de bomba, os técnicos poderiam observar um carimbo temporal para eventos tão fugazes como apenas 1,7 triliões de segundo.
As futuras experiências de relógio quântico poderiam substituir o hélio por outros átomos, ou mesmo usar o pulso laser de diferentes energias, para alargar o livro guia de carimbos de tempo para se adequar a uma gama mais ampla de condições.
