O universo quântico está repleto de mistérios, e entre eles, o emaranhamento quântico intriga pelas suas propriedades desconcertantes. Pesquisadores acabaram de mostrar que este fenômeno obedece a regras universais, independentemente da dimensão do espaço-tempo estudado, graças a uma nova abordagem teórica.
O emaranhamento quântico é essa ligação estranha que une duas partículas, mesmo quando estão separadas por uma distância imensa. Como se permanecessem conectadas, seus comportamentos mantêm-se correlacionados: alterar o estado de uma influencia imediatamente a outra. Ao contrário da física clássica, onde os objetos são independentes, os estados quânticos estão intimamente ligados. Esta propriedade está hoje no centro de tecnologias como o computador quântico ou a criptografia quântica.
Representação do emaranhamento quântico de uma a duas dimensões.
Crédito: Yuya Kusuki Para medir a intensidade deste emaranhamento, os cientistas utilizam a "entropia de Rényi". Trata-se de uma ferramenta matemática que permite avaliar a complexidade dos estados quânticos e a forma como a informação se distribui. Esta medida é valiosa não apenas para compreender os sistemas quânticos com múltiplas partículas, mas também para teorias avançadas como a gravidade quântica. É mesmo utilizada para abordar enigmas como a perda de informação nos buracos negros.
A equipa liderada por Yuya Kusuki (Universidade de Kyushu) aplicou um método chamado "teoria térmica efetiva", inicialmente desenvolvida em física de partículas. Esta abordagem consiste em simplificar sistemas complexos concentrando-se em alguns parâmetros fundamentais, como a energia de Casimir. Graças a ela, os pesquisadores mostraram que a entropia de Rényi segue leis universais, independentemente das dimensões. Isso facilita enormemente o estudo das estruturas de emaranhamento.
Estes resultados poderão ter repercussões concretas: simulações numéricas mais eficientes para sistemas quânticos multidimensionais, melhor compreensão das teorias de gravidade quântica, e avanços possíveis nas tecnologias baseadas no emaranhamento.
Teoria térmica efetiva
A teoria térmica efetiva é uma maneira de simplificar o estudo de fenômenos. A ideia é que um sistema aparentemente difícil de descrever pode frequentemente ser resumido por algumas grandezas físicas essenciais, como a temperatura ou a energia.
Primeiramente utilizada em física de partículas, este método permitiu progredir na compreensão de teorias difíceis de manipular. Aplicada hoje à informação quântica, permite identificar regras gerais no emaranhamento, sem necessidade de modelar cada detalhe.
Esta simplificação torna possível a análise de quantidades mensuráveis, como a entropia, destacando apenas o que é essencial. Torna-se assim uma ferramenta poderosa para explorar a física quântica.
Fonte: Physical Review Letters