Emaranhamento e decoerência em sistemas quânticos

Um dos fenômenos mais intrigantes da natureza e, ao mesmo tempo, mais úteis para futuras aplicações de criptografia e computação quântica é o chamado emaranhamento.

Ele consiste basicamente no fato de que é possível atrelar o estado quântico de múltiplas partículas sem determiná-lo. Uma das consequências disso é que, as propriedades de uma partícula podem ser definidas através da medição da outra. Trata-se de um fenômeno tão estranho que um incrédulo Albert Einstein o chamou de "fantasmagórica ação à distância". Contudo, é real, e sua investigação torna mais próximos os sonhos de desenvolver dispositivos capazes de usar os estados quânticos das partículas para transmitir e processar informação.

Um novo estudo realizado por uma equipe da Universidade Federal do Rio de Janeiro promove avanços teóricos e experimentais sobre o emaranhamento. Eles estudaram como um par de bits quânticos (qubits) emaranhados influi dinamicamente quando submetido a um processo local de decoerência -- ou seja, como ele perde seu estado original emaranhado devido a interação com um ambiente.

Sabe-se que existem várias maneiras pelas quais o emaranhamento individual pode se espalhar pelo sistema múltiplo induzido pelos dois qubits e seus respectivos ambientes. O que o quinteto composto pelos pesquisadores G. H. Aguilar, A. Valdés-Hernández, L. Davidovich, S. P. Walborn e P. H. Souto Ribeiro, fez foi analisar a distribuição desses padrões, em teoria e num modelo experimental óptico em que os qubits são codificados nos graus de liberdade de polarização e o ambiente representado pela trajetória de cada fóton.

Eles observaram a transição do emaranhamento bipartido original para o emaranhamento multipartido e depois de volta ao bipartido, mostrando que essas transições estão intimamente ligadas aos súbitos aparecimento e morte dos emaranhamentos. O grupo chegou até a observar emaranhamento de quatro qubits em alguns pontos da evolução do sistema.

O trabalho foi publicado em 9 de dezembro de 2014 pela "Physical Review Letters".

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