Dos Fótons aos Seres Humanos
Emaranhamento Quântico
O que são partículas emaranhadas? Você sabe?
Então imaginem …
estamos em 2100. Um físico que gosta de jogos de salão trouxe uma coleção de pares de dados e pede que os joguem, dois de cada vez. Você joga o primeiro e tira dois 3. Joga o próximo par: dois 6. O seguinte: dois 1. eles sempre dão números iguais. Os pares de dados comportam-se como partículas quanticamente entrelaçadas.
Este comportamento foi observado e intensivamente estudado com partículas reais entrelaçadas.
Nos experimentos típicos, pares de átomos, íons ou fótons substituem os dados, e propriedades como a polarização substituem as diferentes faces dos dados.
Ao entrelaçar as duas partículas, talvez sincronizemos algum mecanismo oculto que determina quais resultados darão quando forem medidos (teoria das variáveis ocultas).
Na década de 60, John Bell provou um teorema que, em certas situações, as explicações sobre o emaranhamento quântico baseado em “variáveis ocultas” teriam de produzir resultados diferentes dos previstos pela Mecânica Quântica comum.
Schrödinger considerava o emaranhamento “o aspecto essencial” da física quântica.
O emaranhamento, também conhecido como efeito EPR, foi analisado em 1935 pelos físicos Einstein, Podolsky e Rosen.
Assim sendo, podemos imaginar duas partículas emaranhadas, separadas por uma distância de 100000000000 anos-luz, ao mudarmos a polarização de uma dessas partículas, a outra instantaneamente (o mesmo tempo) muda de polarização também! (que louco, não?)
Einstein referia-se a esta situação como “ação fantasmagórica à distância”.
Fótons em Viagem
Para entender melhor, vamos usar dois personagens famosos na área de Informação Quântica, Alice e Bob.
Alice e Bob querem teletransportar um fóton. Para isso, compartilham um par auxiliar emaranhado, sendo que Alice pega o fóton A e Bob fica com o fóton B.
No devido tempo, Alice terá um terceiro fóton (vamos chamá-lo de X) que quer enviar para Bob. Não se sabe a polarização do fóton X, mas deseja-se que o fóton B tenha a mesma polarização.
Para teletransportar o fóton X, Alice o mede em conjunto com o fóton A. Sem detectar suas polarizações individuais.
Tecnicamente, a medição conjunta de A e X sendo chamada de medição do
Estado de Bell.
A medição de Alice produz um efeito sutil: ela modifica o fóton de Bob para que corresponda a uma combinação do resultado de sua medição com o estado original do fóton X.
Agora, o fóton de Bob carrega o mesmo estado (neste caso, a polarização) do fóton X de Alice.
Para completar o teleporte, Alice precisa enviar uma mensagem para Bob por algum canal clássico, como por exemplo, telefone, rádio ou bilhete.
Drible em Heisenberg
Notem que o estado do fóton X foi transferido para Bob sem que nem Alice nem Bob saibam qual é!
O Resultado da medição de Alice, sendo aleatório, nada informa sobre o estado de X, mas sim da combinação entre X e A. É assim que o processo contorna o
princípio de Heisenberg, que nos impede de descobrir o estado quântico completo de uma partícula, mas não impede o teletransporte desse estado, enquanto não tentamos que ver qual é ele!
Cantinho dos Céticos
RESPOSTAS PARA PERGUNTAS COMUNS SOBRE TELEPORTE
Não é exagero chamar isso de teletransporte? Afinal, apenas um estado quântico é teleportado, não um objeto real.
O que queremos dizer por identidade? Como sabemos que um objeto – digamos, um carro em nossa garagem – é o mesmo que vimos há pouco tempo? Quando possui todas as propriedades corretas. A física quântica reforça este ponto: partículas do mesmo tipo, no mesmo estado quântico são indistinguíveis mesmo em princípio. Se fosse possível trocar todos os átomos de ferro do carro pelos de um bloco de mine´rio e reproduzir exatamente os estados dos átomos, o resultado final seria idêntico, no nível mais profundo, ao carro original. Identidade não pode significar mais que isso: ser igual em todas as propriedades.
Há perspectivas de teletransportar um objeto complicado?
Vários são os obstáculos. Primeiro, o objeto precisa estar em um estado quântico puro, e tais estados são muito frágeis. Experimentos com átomos e objetos maiores precisam ser realizados no vácuo para evitar colisões com mole´culas de gás. Mesmo um pedaço pequeno de matéria seria seria perturbado pela simples radiação térmica das paredes do aparelho. Daí não vermos rotineiramente efeitos quânticos no nosso cotidiano. Outro problema é a medição do estado de Bell. O que significa a medição do estado de Bell de um vírus composto de, digamos, 10⁷ átomos? Como extrairíamos os 10⁸ ou mais bits de informação que seriam gerados? Para um objeto de apenas poucas gramas, os números tornam-se impossíveis: mais de 10²⁴ bits de dados.
Aplicação
Uma aplicação importante do teletransporte poderia se dar na computação quântica, onde a noção corriqueira de bits (0s e 1s) é generalizada para bits quânticos, ou qubits, que podem existir como sobreposições e emaranhamentos de 0s e 1s.
Também poderia ser usada para transferir informações entre processadores quânticos.
A construção de computadores quânticos, que consegue trabalhar com uma sobreposição de várias informações diferentes ao mesmo tempo, torna-o mais rápido que um computador convencional.
Para conhecer mais
- Experimental quantum teleportation. D. Bouwmeester, J. W. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfurter e A. Zvilinger, em Nature, vol. 390, págs. 575-579; 11 de dezembro de 1997.
- Quantum information. Edição especial de Physics World, vol. 11, nº 3; março de 1998.
- Entanglement: the greatest mystery in Physics. Amir D. Aczel. Four Walls Eight Windows, nova York, 2002.
(Algumas referências estão sem link, pois é preciso comprá-los ou estar em uma internet cujo IP libere, geralmente um universidades. Porém, creio eu, que hoje seja possível encontrá-los de forma gratuita na web, não tive tempo de verificar. Procure lá e me avise se conseguir o download do artigo)
Até a Próxima!
ARAÚJO, L. J. L.
