Fenômenos intermediários de interferência e emaranhamento quânticos : o interferômetro virtual de Mach-Zehnder integrado a atividades didáticas

Abstract

Neste trabalho, apresentamos um conjunto de atividades didáticas que podem ser utilizadas para explorar conceitos de Física Quântica a partir da simulação computacional do Interferômetro de Mach-Zehnder. Tais atividades foram desenvolvidas à luz de pressupostos da teoria da mediação de Vygotsky e da filosofia linguística de Bakhtin, durante uma pesquisa de doutorado. O conjunto de atividades faz parte de uma das etapas de reestruturação da simulação computacional, permitindo explorar, além da polarização da luz e os detectores demolição, os divisores de feixe com coeficientes variáveis e os detectores não-demolição. É possível simular, então, a interferência em regime clássico (fonte laser), em regime quântico (fótons únicos), os fenômenos intermediários de interferência quântica e o emaranhamento quântico. A compreensão desses fenômenos pelos estudantes não é trivial, uma vez que exige mudanças qualitativas profundas. A mediação realizada pelo software e atividades didáticas procura se constituir como um meio para que tais mudanças se estabeleçam. Essas atividades didáticas, cuja principal função é atuar como ferramentas mediadoras no processo de ensino-aprendizagem, podem servir como ponto de partida para abordagens mais fenomenológicas da Física Quântica (sem, necessariamente, se restringir a elas) tanto nos cursos de licenciatura quanto de bacharelado em Física.

In this paper, we present a set of teaching activities that can be used to explore concepts of Quantum Physics from the computer simulation of the Mach-Zehnder interferometer. These activities were developed according to Vygotsky’s mediation theory and Bakhtin’s linguistic philosophy in a PhD research. The set of activities is one of the steps that compose the restructuring of the computer simulation, allowing one to explore beyond the polarization of light and demolition detectors, the beam splitters with variable coefficients and the non-demolition detectors. This makes it possible to simulate interference in classical system (laser source), in quantum system (single photon), intermediate phenomena of quantum interference and quantum entanglement. Students’ understanding of these phenomena is not trivial, requiring great qualitative changes. The mediation by software and didactic activities seeks to be a means for this to be established. These teaching activities, whose main function is to work as mediational tools in the teaching-learning process, behaves as a starting point for more phenomenological approaches to Quantum Physics (not necessarily be limited to) both in Pre-service Physics teachers’ as Bachelor Physics courses.