Holograma de um fóton

Antônio Murilo Macedo
12/08/2016

Quando fotografamos um objeto, usamos a intensidade da luz para construir uma imagem plana do objeto, ou seja uma perspectiva de ângulo fixo. Em um holograma, a forma espacial de um objeto é codificada usando a interferência, ou superposição, de dois feixes de luz, um de referência e um refletido do objeto. A imagem no holograma nos permite ver o objeto em diferentes ângulos e profundidade, dando a impressão de estarmos diante do próprio objeto. Mas, qual o menor objeto que pode ser registrado em um holograma? Podemos fazer um holograma de uma partícula quântica, como um fóton ou um elétron?

Pesquisadores da Universidade de Varsóvia na Polônia [2] descobriram um método para fazer um holograma de um único fóton. A técnica permite armazenar toda a informação espacial contida na função de onda [3] do fóton. No experimento, um fóton de referência e um fóton desconhecido incidem simultaneamente em um dispositivo que divide feixes de luz em duas partes iguais, que então  seguem caminhos separados espacialmente em direção a uma câmera, onde as posições dos fótons são registradas. Repetindo o experimento muitas vezes, eles obtiveram uma imagem que corresponde a um holograma do fóton desconhecido. Usando a informação da preparação do fóton de referência, os pesquisadores conseguiram a partir do holograma e de métodos numéricos decodificar a função de onda do fóton desconhecido.

Este experimento pode ter grandes implicações para o entendimento da mecânica quântica, visto que é a primeira vez que a função de onda completa de uma partícula quântica é observada. Além disso, os autores argumentam que o procedimento pode ser adaptado para a construção de hologramas de outros objetos quânticos, como um átomo. A estrutura espacial de fótons tem sido usada extensivamente em protocolos de informação quântica, como na distribuição de chaves de criptografia e para estabelecer limites para a geração de emaranhamento, que é um tipo de correlação quântica pura.

[1] Crédito da Imagem: Kunal Mukherjee (Flickr) / Creative Commons (CC BY-SA 2.0). URL: https://www.flickr.com/photos/redlinx/1569470515.

[2] R Chrapkiewicz et al. Hologram of a single photon. Nature Photonics 10, 576 (2016).

[3] Na mecânica quântica, a função de onda de uma partícula associa um número complexo a cada ponto do espaço, cujo módulo ao quadrado é igual à probabilidade da partícula ser observada naquele ponto.

Como citar este artigo: Antônio Murilo Macedo. Holograma de um fóton. Saense. URL: http://www.saense.com.br/2016/08/holograma-de-um-foton/. Publicado em 12 de agosto (2016).

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