Receptor de rádio quântico

Ilustração de um receptor de rádio quântico

Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Delft criaram um circuito quântico que lhes permite ouvir o sinal de rádio mais fraco permitido pela mecânica quântica. Este novo circuito quântico abre as portas para possíveis aplicações futuras em áreas como radioastronomia e medicina (MRI). Ele também permite que os pesquisadores façam experimentos que possam esclarecer a interação entre a mecânica quântica e a gravidade.

Todos nós ficamos incomodados com sinais de rádio fracos em algum momento de nossas vidas: nossa música favorita no carro se transformando em ruído, ficando muito longe de nosso roteador wifi para checar nosso e-mail. Nossa solução usual é aumentar o sinal, por exemplo, escolhendo uma estação de rádio diferente ou movendo-se para o outro lado da sala de estar. E se, no entanto, pudéssemos apenas ouvir com mais cuidado?

Sinais de rádio fracos não são apenas um desafio para as pessoas que tentam encontrar sua estação de rádio favorita, mas também para os scanners de ressonância magnética (MRI) em hospitais, bem como para os telescópios que os cientistas usam para espiar o espaço.

Em um "salto" quântico na detecção de radiofrequência, pesquisadores do grupo do professor Gary Steele em Delft demonstraram a detecção de fótons ou quanta de energia, os sinais mais fracos permitidos pela teoria da mecânica quântica.

Pedaços quânticos

Uma das estranhas previsões da mecânica quântica é que a energia vem em minúsculos pedacinhos chamados "quanta". O que isto significa? "Digamos que estou empurrando uma criança em um balanço", disse o pesquisador Mario Gely. "Na teoria clássica da física, se eu quiser que a criança vá um pouco mais rápido, posso dar-lhes um pequeno empurrão, dando-lhes mais velocidade e mais energia. A mecânica quântica diz algo diferente: só posso aumentar a energia da criança" passo quântico 'de cada vez. Empurrando pela metade desse montante não é possível. "

Para uma criança em um balanço, esses "passos quânticos" são tão pequenos que são pequenos demais para serem notados. Até recentemente, o mesmo acontecia com as ondas de rádio. No entanto, a equipe de pesquisa em Delft desenvolveu um circuito que pode realmente detectar esses pedaços de energia em sinais de radiofrequência, abrindo o potencial para detectar ondas de rádio no nível quântico.

Do rádio quântico à gravidade quântica?

Além das aplicações em sensor quântico, o grupo em Delft está interessado em levar a mecânica quântica ao próximo nível: massa. Embora a teoria do eletromagnetismo quântico tenha sido desenvolvida há quase 100 anos, os físicos ainda estão confusos sobre como encaixar a gravidade na mecânica quântica.

"Usando nosso rádio quântico, queremos tentar ouvir e controlar as vibrações quânticas de objetos pesados, e explorar experimentalmente o que acontece quando você mistura a mecânica quântica e a gravidade", disse Gely. "Tais experimentos são difíceis, mas se bem-sucedidos poderíamos testar se podemos fazer uma superposição quântica do próprio espaço-tempo, um novo conceito que testaria nossa compreensão da mecânica quântica e da relatividade geral."

Artigo:

Mario F. Gely, Marios Kounalakis, Christian Dickel, Jacob Dalle, Rémy Vatré, Brian Baker, Mark D. Jenkins, Gary A. Steele. Observation and stabilization of photonic Fock states in a hot radio-frequency resonator. Science, 2019; 363 (6431): 1072 DOI: 10.1126/science.aaw3101

Fonte:

www.sciencedaily.com