Fotografia quântica
12 de novembro, 2014 às 8:56 | Postado em Mecânica quântica, Óptica
Respondido por: Prof. Dimiter Hadjimichef - IF-UFRGSTenho um pouco de dificuldade no assunto da Mecânica Quântica, não houve possibilidade de aprofundar o assunto na época da faculdade. Hoje li esta reportagem e tive dificuldades em compreender a pesquisa de uma pós-doutoranda, se puderem me explicar mais diretamente como funciona o projeto dela, ficaria agradecida!!! Abraço!!!
A reportagem descreve o experimento da pesquisadora G. B. Lemos da Universidade de Viena, onde ela realizou o que foi chamado de “fotografia quântica”. Numa fotografia usual a formação da imagem é o produto final do que a lente da câmera capta como reflexo da luz por algum objeto. Desta forma se não há luz iluminando o objeto (e este refletindo esta luz na direção da máquina fotográfica), não há como formar uma imagem.
O experimento da pesquisadora consistiu numa montagem engenhosa para obter uma imagem de um objeto sem iluminá-lo diretamente.
Isto foi possível, usando um fenômeno quântico muito estudado na atualidade, com implicações nas áreas de Teoria Quântica da Informação,
Computação Quântica, Criptografia Quântica, etc conhecido como “emaranhamento quântico”.
O emaranhamento quântico é um fenômeno físico que ocorre quando pares (ou grupos) de partículas são gerados ou permitidos a interagir de tal maneira que o estado quântico, de cada partícula individual, não pode ser descrito de forma independente.
Surge uma “correlação quântica” entre as partículas em questão e que permanece mesmo quando as partículas são separadas.
Desta forma, quando se realiza uma medida de alguma propriedade física, numa das partículas após a separação, a outra partícula do par emaranhado “sente” o efeito desta medida.
Este estranho comportamento do mundo quântico foi tema de um artigo de 1935 por Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen que descreve o que veio a ser conhecido como o “paradoxo EPR”. Einstein tinha como objetivo mostrar que a Mecânica Quântica era uma teoria incompleta uma vez que violava a visão uma “realidade física local” que toda teoria física deveria possuir. Einstein se referiu a esta propriedade como “ação fantasmagórica à distância” o que era, para ele, uma prova de que a Mecânica Quântica era incompleta.
Anos mais tarde estas previsões contra-intuitivas da Teoria Quântica foram verificadas experimentalmente em experimentos envolvendo a medição da polarização de partículas emaranhadas em diferentes direções.
O esquema do experimento da pesquisadora G. B. Lemos, pode ser visto na figura.
A luz do laser (verde) se divide nos modos “a” e “b” no divisor de feixes (BS1). O feixe “a” atinge um cristal não-linear NL1, onde é produzido um par de fótons de diferentes comprimentos de onda, chamados de “fóton sinal” (amarelo) e “fóton intermediário” (vermelho). Depois de passar pelo objeto “O”, o fóton intermediário reflete no espelho D2 para se alinhar com o fóton intermediário produzido em NL2, de tal forma que o último fóton intermediário emergente não contém qualquer informação sobre o qual cristal que produziu o par de fótons. Portanto, os fótons sinais “c” e “e” combinados em BS2 sofrem interferência. Consequentemente, os feixes de fótons sinais “g” e “h” revelam as propriedades de transmissão do fóton intermediário sobre o objeto “O”.
Assim os fótons usados para iluminar o objeto, na prática, nunca precisam ser detectados, sendo que esta técnica permite que o comprimento de onda do fóton, agindo como sonda, se situe numa faixa em que detectores adequados possam até não existir.
O Fronteiras da Ciência da Rádio da Universidade – UFRGS entrevistou a pesquisadora. O áudio da entrevista está disponível em http://dstats.net/download/http://www6.ufrgs.br/frontdaciencia/arquivos/Fronteiras_da_Ciencia-T05E33-Fotografia.Quantica-20.10.2014.mp3
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