Sydney — InkDesign News — Físicos na Universidade de Sydney anunciaram um avanço notável esta semana: conseguiram medir simultaneamente a posição e o momento de uma partícula sem violar o princípio da incerteza de Heisenberg, utilizando um novo tipo de abordagem conhecida como observáveis modulares. A pesquisa, conduzida em laboratório australiano, promete impactar tecnologias de sensores quânticos em escala global.
O Contexto da Pesquisa
O princípio da incerteza de Heisenberg, um pilar fundamental da mecânica quântica, afirma ser impossível determinar, ao mesmo tempo e com precisão absoluta, tanto a posição quanto o momento de uma partícula. Tradicionalmente, ao medir uma dessas propriedades, perde-se precisão na outra, um conceito testado e reafirmado por gerações de experimentos. Contudo, aplicações emergentes em sensoriamento quântico exigem cada vez mais precisão para captar forças e campos ínfimos, impulsionando a busca por abordagens inovadoras.
Resultados e Metodologia
O estudo liderado por Christophe Valahu e sua equipe investigou medições a partir de grandezas alternativas conhecidas como posição modular e momento modular, focando em variações relativas e não absolutas desses parâmetros. Utilizando um único íon de átomo carregado, mantido estático por campos eletromagnéticos, os cientistas criaram um “estado de grade”, no qual a função de onda do íon se espalha em picos espaçados como as marcas de uma régua.
Esse formato permitiu registrar simultaneamente deslocamentos em posição e momento a partir do comportamento dos picos da grade sob a ação de pequenas forças. O nível de sensibilidade atingiu a ordem de 10 ioctonewtons, embora não seja um recorde mundial, supera experimentos muito mais complexos pela simplicidade do aparato e potencial de escalabilidade.
“Você não pode violar o princípio de incerteza de Heisenberg. O que fazemos é deslocar a incerteza. Abrimos mão de informações de que não precisamos, para poder medir com muito mais precisão o que interessa.”
(“You can’t violate Heisenberg’s uncertainty principle. What we do is shift the uncertainty. We throw away some information we don’t need, so we can measure what we do care about with much greater precision.”)— Christophe Valahu, Físico, Universidade de Sydney
Em demonstrações no laboratório, o íon respondia a forças mínimas movendo a configuração da grade, e as alterações eram medidas em relação aos picos da estrutura, permitindo extrair simultaneamente informações de momento e posição.
Implicações e Próximos Passos
A descoberta sugere avanços expressivos rumo a sensores quânticos extremamente sensíveis, que poderão beneficiar a navegação em ambientes adversos ao GPS — como submarino, subterrâneo ou no espaço — e aprimorar a precisão de relógios ou métodos de imagem biomédica.
“Assim como os relógios atômicos revolucionaram a navegação e as telecomunicações, sensores quânticos aprimorados com sensibilidade extrema podem abrir portas para novas indústrias inteiras.”
(“Just as atomic clocks revolutionized navigation and telecommunications, quantum-enhanced sensors with extreme sensitivity could open the door to entirely new industries.”)— Christophe Valahu, Físico, Universidade de Sydney
Embora o experimento não tenha quebrado recordes de menor força já medida, comprova que é possível alcançar elevada sensibilidade com sistemas de complexidade reduzida, bom indicativo para miniaturização e adoção ampla em dispositivos futuros.
O trabalho aponta para um panorama em que sensores quânticos sencientes poderão monitorar mudanças ambientais com extrema precisão e flexibilidade. A busca por técnicas que otimizem o aproveitamento das incertezas quânticas sem violar princípios fundamentais deve catalisar descobertas determinantes no campo.
Fonte: (Live Science – Ciência)
