🧩 Correlações quânticas sem emaranhamento: uma descoberta surpreendente

Quando observamos o mundo à nossa escala, tudo parece obedecer a leis previsíveis, as da física clássica. Mas ao mergulharmos no universo das partículas, as regras mudam. Os fenómenos quânticos contradizem frequentemente a intuição e revolucionam as nossas certezas.

Desde os anos 1930, os físicos descobriram um efeito surpreendente: o emaranhamento quântico. Duas partículas podem permanecer ligadas de forma invisível, as suas propriedades mantendo-se correlacionadas mesmo quando separadas por grandes distâncias. Albert Einstein apelidou este fenómeno de "ação fantasma à distância", pois uma medição numa partícula parece afetar imediatamente a outra, sem transmissão de informação mais rápida que a luz. Este comportamento, dito "não local", revoluciona as nossas referências clássicas, mantendo-se compatível com a relatividade.


Até agora, as violações das "desigualdades de Bell" – um teste matemático que prova que a natureza se comporta de forma não clássica – estavam quase sempre associadas ao emaranhamento. Mas um estudo recente publicado na Science Advances coloca esta ideia em causa. Os investigadores mostraram que fotões não emaranhados também podem violar estas desigualdades.

O seu dispositivo experimental baseava-se num laser que enviava fotões para um cristal particular. Nesta configuração, torna-se impossível saber qual o fotão que vem de qual fonte: a sua origem é indiscernível. Os físicos mediram depois os fotões com detetores separados e observaram correlações inesperadas.

Os resultados mostraram uma violação clara das desigualdades de Bell, ultrapassando largamente o limiar estatístico. Mas aqui, a causa não é o emaranhamento, mas um princípio fundamental: a indiscernibilidade quântica. Por outras palavras, como os fotões são idênticos e é impossível traçar o seu caminho exato, produzem correlações coletivas, dando origem a um comportamento não local.

Esta descoberta sugere que existem várias maneiras de obter efeitos "quânticos estranhos" e não apenas através do emaranhamento. Isso amplia a nossa visão da mecânica quântica e abre novos caminhos para as suas aplicações, nomeadamente nas tecnologias de informação quântica.

Os investigadores salientam, no entanto, algumas limitações. A experiência baseia-se numa seleção a posteriori dos fotões detetados, o que pode introduzir enviesamentos, e os ajustes de fase dos detetores podem influenciar os resultados. Estão previstas melhorias técnicas para confirmar e reforçar estas observações.

Indiscernibilidade quântica

Em física quântica, partículas idênticas – como fotões – não podem ser distinguidas individualmente. Ao contrário de duas bolas de gude ou dois balões que podemos seguir separadamente, estas partículas comportam-se como se a sua identidade se fundisse num conjunto.

Este princípio, chamado indiscernibilidade, conduz a fenómenos de interferência e correlações únicos. Já é conhecido por explicar a superfluidez ou a supercondutividade, e desempenha um papel central em muitas tecnologias quânticas.

Neste estudo, a indiscernibilidade por identidade de caminho permitiu que fotões não emaranhados reproduzissem efeitos até agora atribuídos ao emaranhamento. Isso amplia a nossa compreensão dos mecanismos quânticos e poderá inspirar novos métodos para criar ou estabilizar estados quânticos úteis em informática ou metrologia.

Desigualdades de Bell

As desigualdades de Bell, formuladas nos anos 1960 pelo físico John Bell, são uma ferramenta chave para distinguir as correlações clássicas das correlações verdadeiramente quânticas. Se estas desigualdades forem respeitadas, a física clássica basta para explicar os resultados. Se forem violadas, é sinal de não-localidade quântica.

Historicamente, estas violações confirmaram a existência do emaranhamento. Mas a experiência recente mostra que podem aparecer mesmo sem esta ligação tradicional, graças à indiscernibilidade.

Isso coloca em causa uma ideia amplamente aceite e leva os físicos a considerar novas experiências, onde outras propriedades quânticas – e não apenas o emaranhamento – poderiam produzir comportamentos não clássicos. A longo prazo, estas pesquisas poderão simplificar alguns dispositivos experimentais e revelar aspetos ainda desconhecidos da mecânica quântica.