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Primeiro Microscópio do Mundo Melhorado por Entrelaçamento Quântico

Físicos já sabem há muito tempo que fótons entrelaçados pode fazer medições mais precisas do que fótons independentes. Agora físicos japoneses criaram um microscópio que pode comprovar isso.

The Physics arXiv Blog 10/02/2014

Uma das possibilidades emocionantes da mecânica quântica é a capacidade de medir o mundo com muito mais precisão do que hoje é possível com ferramentas clássicas. Hoje, Takafumi Ono e colegas da Universidade de Hokkaido, no Japão dizem ter explorado essa possibilidade para criar o primeiro microscópio do mundo a ser melhorado por entrelaçamento quântico. Seu novo brinquedo produz imagens usando fótons entrelaçados que são significativamente mais nítidas do que é possível só com luz comum.

O entrelaçamento quântico é a estranha propriedade quântica na qual duas partículas compartilham a mesma existência, mesmo estando afastadas. Ono e col. dizem que isso é particularmente útil para um tipo de captura de imagens conhecida como microscopia de contraste de interferência diferencial.

Ela funciona focando dois feixes de fótons em pontos próximos sobre um plano da amostra e medindo o padrão de interferência que criam depois de terem sido refletidos. Quando os dois pontos atingem uma parte plana da amostra, eles viajam a mesma distância e criam um padrão de interferência correspondente. Mas, quando os pontos atingem áreas de diferentes alturas, o padrão de interferência muda.

É, então, possível calcular a forma da superfície por meio da análise da variação do padrão de interferência, à medida que os pontos se movem através dela.

A diferença de fase dos fótons pode ser medida com grande precisão, mas até isso tem um limite, conhecido como limite quântico padrão. No entanto, físicos já sabiam a algum tempo que é possível melhora-lo usando fótons entrelaçados em vez de fótons independentes.

Isso porque a medição de um fóton entrelaçado lhe dá informações sobre o outro, de modo que, juntos, fornecem mais informações do que fótons independentes.

Ono e col. demonstram isso usando fótons entrelaçados para capturar a imagem de uma placa de vidro plana com um padrão em forma de Q gravado em relevo na superfície. Este padrão é só 17 nanômetros maior do que o resto da placa e muito complicado de resolver com técnicas ópticas comuns.

Fótons entrelaçados melhoram isso significativamente. Ono e col. dizem que a relação sinal-ruído usando sua técnica é 1,35 vezes melhor do que o limite quântico padrão. E a imagem resultante é visivelmente melhor, simplesmente por inspeção visual (a imagem com fótons entrelaçados está à esquerda na figura acima). "Uma imagem de um Q gravado em relevo na superfície do vidro é obtida com melhor nitidez do que com uma luz comum", dizem eles.

Isso pode ser útil para diferentes aplicações; quando amostras podem ser danificadas por luz intensa, por exemplo.

Microscopia avançada é apenas uma das muitas aplicações da metrologia quântica. Também deve ajudar a melhorar a resolução dos interferômetros utilizados na astronomia de ondas gravitacionais, por exemplo. Portanto, é bom ver um sucesso como este em outra área.

Ref: arxiv.org/abs/1401.8075: An Entanglement-Enhanced Microscope

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