💥 Cientistas dividiram um fóton em dois para compreender o Universo
Esta proeza experimental valida uma lei fundamental da natureza na escala mais elementar.
O momento angular orbital descreve como a luz gira em torno do seu eixo de propagação, semelhante à Terra orbitando em torno do Sol. Cada fotão transporta esta propriedade como uma assinatura imutável, ditada pelas simetrias do Universo. Os investigadores verificaram que a soma das rotações dos fotões produzidos é sempre igual à do fotão original.
A equipa internacional superou problemas técnicos monumentais, com apenas uma conversão bem-sucedida em cada mil milhão de tentativas. O seu dispositivo ótico filtrou ruídos parasitas para capturar eventos raros. Esta persistência permitiu recolher dados estatisticamente significativos sobre a conservação.
Os resultados sugerem também o aparecimento de emaranhamento quântico entre os pares de fotões gerados. Este fenómeno, onde as partículas permanecem conectadas à distância, abre perspetivas para as tecnologias quânticas. Tais propriedades poderiam revolucionar as comunicações seguras e a computação de alto desempenho.
Diagrama ilustrando a divisão de um fotão sem momento angular em dois fotões com rotações opostas.
Crédito: Robert Fickler / Universidade de Tampere
Os próximos passos visam otimizar a eficiência do processo e explorar estados quânticos mais complexos. Estes avanços poderão levar a novas aplicações em fotónica quântica, fortalecendo os fundamentos desta disciplina em pleno crescimento.
O que é o momento angular orbital da luz?
O momento angular orbital (OAM) é uma propriedade física que descreve como um feixe de luz gira em torno do seu eixo de propagação. Ao contrário da polarização, que diz respeito à orientação das vibrações, o OAM está relacionado com a estrutura espacial da luz, criando padrões em espiral.
Esta característica permite codificar informação nos fotões, aumentando a capacidade dos sistemas de comunicação. Os feixes com OAM não nulo apresentam uma fase helicoidal, útil na microscopia e na manipulação de partículas. O OAM é quantificado, significando que só pode assumir valores discretos, múltiplos da constante de Planck.
Pesquisas recentes exploram a sua utilização na criptografia quântica e em sensores de alta resolução, ampliando o seu impacto para além da física fundamental.
Como funciona o emaranhamento quântico entre fotões?
O emaranhamento quântico é um fenómeno onde duas partículas, como fotões, se tornam inextricavelmente ligadas, com as suas propriedades correlacionadas mesmo a grandes distâncias. Se uma é medida, a outra reage instantaneamente, contradizendo a intuição clássica.
Esta ligação persiste sem troca convencional de informação, baseando-se nos princípios da mecânica quântica. Albert Einstein chamava-lhe 'ação fantasma à distância', mas experiências modernas confirmaram a sua realidade.
O emaranhamento é crucial para tecnologias emergentes, como a computação quântica e a teleportação quântica. Permite criar estados sobrepostos e canais de comunicação invioláveis.
Avanços recentes melhoram a geração e deteção de pares emaranhados, abrindo caminho para redes quânticas globais e testes fundamentais sobre a natureza da realidade.