Novo circuito detecta os sinais de rádio mais fracos permitidos pela mecânica quântica

• Os físicos constroem um novo circuito que pode detectar etapas quânticas muito pequenas (fótons) em sinais de radiofrequência.
• Esses novos circuitos quânticos podem ter várias aplicações, desde imagens de ressonância magnética nuclear até radioastronomia.

A detecção de campos eletromagnéticos de radiofrequência fraca desempenha um papel importante em vários campos, incluindo imagens de ressonância magnética nuclear para radioastronomia.

Na óptica quântica, o sinal mais fraco é um único fóton. É realmente difícil detectar e manipular fótons individuais em frequências megahertz porque você não pode parar as flutuações térmicas, mesmo em temperaturas criogênicas.

Agora, físicos da Universidade de Tecnologia de Delft desenvolveram um sistema que torna essa detecção possível. Eles construíram um circuito quântico para detectar os sinais mais fracos - fótons ou quanta de energia - permitidos pela teoria da mecânica quântica.

Pequenos passos quânticos

Na mecânica quântica, a energia vem na forma de pequenas fendas conhecidas como "quanta". Permita-me explicar isso com um exemplo:digamos que você está empurrando um carrinho de compras. De acordo com a física clássica, se você quiser ir mais rápido, pode dar um empurrão extra no carrinho, fornecendo mais energia e mais velocidade.

No entanto, as leis da mecânica quântica são bastante diferentes:você só pode aumentar a energia do carrinho um "passo quântico" de cada vez. Essas "etapas quânticas" são muito fracas para empurrar o carrinho. Na verdade, dificilmente existe qualquer dispositivo para detectar uma única etapa quântica com precisão. O mesmo se aplica às ondas de rádio.

Referência:ScienceMag | doi:10.1126 / science.aaw3101 | Delft University of Technology

O que os pesquisadores construíram neste estudo pode realmente detectar esses pequenos passos quânticos em sinais de radiofrequência. A nova arquitetura de eletrodinâmica quântica do circuito permite a leitura e manipulação de um ressonador de radiofrequência no nível quântico.

O chip Quantum (1 * 1 cm) desenvolvido neste estudo | Fonte:TU Delft

A arquitetura também pode ser usada para fazer a interface da eletrodinâmica quântica do circuito com outros sistemas físicos na faixa de frequência megahertz, por exemplo, osciladores mecânicos macroscópicos ou sistemas de spin.

Interação entre gravidade quântica e mecânica quântica

A equipe pretende levar os mecanismos quânticos além das aplicações em sensoriamento quântico:eles querem explorar a gravidade quântica. Embora a teoria do eletromagnetismo quântico tenha sido formulada pela primeira vez na década de 1920, os físicos não foram capazes de descobrir como encaixar a gravidade na mecânica quântica.

Os pesquisadores planejam ouvir e manipular as vibrações quânticas de grandes objetos, usando o rádio quântico. Eles também tentarão combinar gravidade quântica e mecânica para ver o que acontece.

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Claro, esses experimentos não serão fáceis de realizar, mas se forem bem-sucedidos, eles podem ser capazes de criar uma superposição quântica do próprio espaço-tempo, o que exigiria um grande conhecimento da relatividade geral e da mecânica quântica.