Interferência quântica é um dos princípios mais desafiadores da teoria quântica. Essencialmente, o conceito afirma que partículas elementares não só podem estar em mais de um lugar em um determinado momento (através de sobreposição), mas que uma partícula individual, como um fóton (partículas de luz) pode cruzar sua própria trajetória e interferir com a direção de seu caminho.
Debate sobre se a luz é essencialmente partículas ou ondas datam de mais de trezentos anos. No século XVII, Isaac Newton proclamou que a luz consistia num fluxo de partículas; no início do século XIX, Thomas Young concebeu a experiência da dupla ranhura para provar que ela consistia em ondas. Embora as implicações do experimento de Young sejam difíceis de aceitar, ele produziu provas confiáveis de interferência quântica através de repetidas provas. O notável físico Richard Feynman afirmou que o essencial da mecânica quântica poderia ser compreendido a partir de uma exploração do experimento de dupla fenda.
Para esta variação do experimento de Young, um feixe de luz é dirigido a uma barreira com duas fendas verticais. A luz passa através das fendas e o padrão resultante é registrado em uma placa fotográfica. Se uma fenda for coberta, o padrão é o que seria esperado: uma única linha de luz, alinhada com a fenda que estiver aberta. Intuitivamente, seria de esperar que, se ambas as fendas estiverem abertas, o padrão de luz reflectiria esse facto: duas linhas de luz, alinhadas com as fendas. Na verdade, porém, o que acontece é que a placa fotográfica está totalmente separada em múltiplas linhas de luz e escuridão, em graus variados. O que está sendo ilustrado por este resultado é que a interferência está ocorrendo entre as ondas/partículas que atravessam as fendas, no que, aparentemente, deveriam ser duas trajetórias não transversais.
Esperaríamos que se o feixe de fótons fosse retardado o suficiente para assegurar que os fótons individuais estejam atingindo a placa, não poderia haver interferência e o padrão de luz seria duas linhas de luz, alinhadas com as fendas. Na verdade, porém, o padrão resultante ainda indica interferência, o que significa que, de alguma forma, as partículas individuais estão interferindo nelas mesmas. Isto parece impossível: esperamos que um único fóton passe por uma ou outra fenda e acabe em uma das duas áreas possíveis de linhas de luz. Mas isso não é o que acontece. Como Feynman concluiu, cada fóton não só atravessa ambas as fendas, mas atravessa simultaneamente todas as trajetórias possíveis no caminho para o alvo -- não apenas em teoria, mas de fato.
Para ver como isso pode ocorrer, os experimentos têm se concentrado em rastrear os caminhos de fótons individuais. O que acontece neste caso é que a medição de alguma forma perturba as trajetórias dos fótons (de acordo com o princípio da incerteza da teoria quântica), e de alguma forma, os resultados do experimento tornam-se o que seria previsto pela física clássica: duas linhas brilhantes na placa fotográfica, alinhadas com as fendas na barreira. Cesse a tentativa de medir, entretanto, e o padrão se tornará novamente múltiplas linhas em vários graus de leveza e escuridão.
A pesquisa sobre interferência quântica está sendo aplicada em um número crescente de aplicações, tais como o dispositivo supercondutor de interferência quântica (SQUID), criptografia quântica e computação quântica.