&bala; Física 17, 173
Um esquema proposto de sensoriamento remoto poderia potencialmente sondar alvos a centenas de quilômetros de distância e usar uma das propriedades quânticas mais estranhas da luz.
Os pesquisadores esperam aproveitar as propriedades quânticas da luz para superar os limites clássicos de resolução ao fotografar objetos remotamente, usando a chamada detecção quântica. Agora, uma equipe de pesquisadores propôs uma técnica que poderia estender as distâncias úteis desta tecnologia de dezenas de metros para centenas de quilômetros (1). O projeto empregaria um efeito quântico bizarro: a capacidade da luz de receber informações sobre um objeto, mesmo que nunca tenha realmente interagido com esse objeto. Os pesquisadores esperam demonstrar a ideia nos próximos anos.
A imagem remota tradicional envolve o envio de luz para um objeto, coletando-a na reflexão e, em seguida, formando uma imagem usando as mudanças impressas na luz pela interação. É assim que o radar funciona. Em princípio, um radar quântico poderia produzir imagens com resolução e sensibilidade muito além de qualquer coisa possível com a física clássica, diz Diego Dalvit, do Laboratório Nacional de Los Alamos, no Novo México. No esquema mais simples, um fóton de um par emaranhado mecanicamente quântica poderia ser enviado para interagir com o objeto, e então poderia ser comparado com seu gêmeo que foi armazenado durante a viagem. No entanto, esta abordagem funciona actualmente apenas em algumas dezenas de metros porque se baseia em fotões únicos, a maioria dos quais seriam absorvidos pelo ar antes de atingirem um objecto distante. Outro desafio é a praticidade de armazenar um dos fótons de forma que mantenha sua coerência quântica, principalmente por tempos mais longos.
Para aumentar a distância operacional de um radar quântico, Dalvit e colegas propõem uma alternativa que substitui pares de fótons por pares de estados emaranhados multifótons – modos comprimidos – que podem sobreviver a distâncias mais longas no ar. A sua abordagem também explora um efeito surpreendente demonstrado pela primeira vez no início da década de 1990. No efeito Zou-Wang-Mandel, uma série contínua de pares de fótons emaranhados – separados em dois feixes – é enviada através de um interferômetro contendo duas rotas distintas. Os fótons do feixe primário passam por um objeto de interesse e interagem com ele. O interferômetro, entretanto, forma um padrão de interferência em um detector usando apenas fótons que viajam no feixe secundário, aquele que contém fótons que nunca encontram o objeto. Mesmo assim, esse padrão de interferência produz uma imagem do objeto, graças ao emaranhamento.
Estúdios da Segunda Baía; MAR de Harvard
O projeto de Dalvit e colegas também explora outro avanço recente na engenharia quântica. Eles planejam usar um trem periódico de pulsos ópticos cronometrados com precisão, chamado pente de frequência, cujo espectro é um “pente” de linhas estreitas e espaçadas de forma idêntica. Se esses pulsos forem enviados para o mesmo tipo de cristal não linear que pode converter um único fóton em um par emaranhado, a saída será um par de pentes de frequência emaranhados.
A forte coerência dos pentes de frequência permite que este projeto dispense a necessidade de armazenar fótons na fonte. “Um pulso em um pente está sempre em fase com qualquer outro pulso no mesmo pente e com qualquer outro pulso pertencente ao pente duplo”, diz Dalvit. Em seu esquema de radar quântico, um pulso de retorno de um pente, refletido em um alvo, pode ser associado a um novo pulso do outro pente. Assim, uma imagem pode ser gerada usando apenas pulsos do pente que nunca interage com o alvo. O armazenamento não é necessário porque “todo o pente armazena as informações”, diz Dalvit.
Dalvit e colegas esperam realizar experiências de prova de princípio num futuro próximo. Dados os tempos de coerência alcançáveis dos pentes de frequência – até 2.000 segundos – eles esperam alcançar a detecção quântica em distâncias de centenas de quilômetros. E mesmo tendo em conta as perturbações causadas pela turbulência atmosférica e outros efeitos, esperam alcançar uma precisão de imagem muito superior à alcançada com sensores clássicos.
“Este artigo está entre os mais surpreendentes que já vi”, diz Steve Lamoreaux, da Universidade de Yale, especialista em medições de precisão de processos fundamentais. No entanto, acrescenta que muitas questões técnicas, tais como efeitos potencialmente inesperados da turbulência atmosférica, acabarão por determinar as limitações práticas de tal sistema. “Até agora, esta é uma análise puramente teórica”, diz Lamoreaux, “mas a ideia basic é sólida. E reúne muitas ideias inteligentes de uma nova maneira.”
–Mark Buchanan
Mark Buchanan é um escritor científico freelance que divide seu tempo entre Abergavenny, no Reino Unido, e Notre Dame de Courson, na França.
Referências
- DAR Dalvit e outros.“Pentes de frequência quântica com identidade de caminho para sensoriamento remoto quântico,” Física. Rev. 14041058 (2024).
