Cientistas da Universidade de Tecnologia de Viena (TU Wien) descobriram um surpreendente entrelaçamento quântico em um cristal do tamanho de uma mão. A pesquisa, publicada na revista Nature Physics, indica que materiais macroscópicos podem exibir comportamentos quânticos profundos, desafiando a ideia de que fenômenos quânticos são restritos a objetos minúsculos.

O cristal, que mede cerca de um centímetro, é composto por uma classe de materiais conhecidos como metais estranhos, que têm intrigado os físicos por suas propriedades quânticas incomuns. A descoberta pode ajudar a resolver o mistério em torno do comportamento desses metais, além de abrir novas possibilidades para sensores quânticos ultra-precisos e outras tecnologias avançadas.

Metodologia e Descobertas

Os pesquisadores utilizaram uma técnica da ciência da informação quântica chamada informação quântica de Fisher para medir o grau de entrelaçamento quântico no cristal. A abordagem se diferencia de tentativas anteriores que buscavam colocar o cristal inteiro em uma superposição de estados. “Em vez disso, perguntamos se seus constituintes estão, coletivamente, em um estado de entrelaçamento”, explica a professora Silke Bühler-Paschen, do Instituto de Física da Matéria Condensada da TU Wien.

A analogia utilizada por Bühler-Paschen compara o experimento a um formigueiro: quando perturbado, a resposta vem da colônia como um todo, e não de uma única formiga. A equipe buscava determinar se as partículas dentro do cristal agiam de forma coordenada.

Implicações para a Física e Tecnologia Quântica

O trabalho teórico que fundamentou o experimento foi desenvolvido pelo físico quântico Peter Zoller, da Universidade de Innsbruck, e seus colaboradores. Eles mostraram que a informação quântica de Fisher pode ser utilizada para identificar o entrelaçamento quântico mesmo em sistemas complexos compostos por um grande número de partículas interagindo. Bühler-Paschen esclarece: “Um sistema quântico fortemente entrelaçado reage mais dramaticamente a perturbações do que uma coleção de partículas independentes, permitindo uma estimativa do grau de entrelaçamento presente no material.”

Durante os testes, os pesquisadores criaram um cristal de cerio, paládio e silício. Ao bombardear o cristal com nêutrons no Institut Laue-Langevin (ILL) em Grenoble, o doutorando Federico Mazza observou uma resposta que não poderia ser explicada por partículas independentes, mas sim por grupos de pelo menos nove entidades quânticas entrelaçadas.

Com o aumento do interesse em metais estranhos, a descoberta pode explicar por que esses materiais se comportam de maneira tão diferente dos materiais convencionais. O fenômeno do entrelaçamento quântico pode estar ligado ao comportamento incomum observado em supercondutores de alta temperatura, onde as partículas parecem coordenar seu comportamento, suprimindo flutuações de corrente elétrica.

Os pesquisadores acreditam que esses resultados demonstram a importância de integrar ideias da ciência da informação quântica com a física da matéria condensada, visando futuras tecnologias quânticas, incluindo sistemas de metrologia quântica altamente sensíveis.