Ao contrário das leis da mecânica clássica, aprendemos a transmitir informações mais rápido do que a velocidade da luz. RIA Novosti descobriu como os qubits trocam dados e porque é impossível teletransportar um objeto material.
Mundo quântico misterioso
No mundo quântico, a informação é medida em qubits. Ao contrário dos bits clássicos, eles são capazes de permanecer simultaneamente em dois estados - zero lógico e um - até que sejam medidos, ou melhor, a informação seja lida.
O papel de um qubit é desempenhado por um átomo artificial com dois níveis de energia. Se o átomo está no nível de energia inferior, o estado do sistema é lógico zero, no superior é lógico. Fisicamente, um qubit pode ser incorporado em um fóton, molécula, íon, átomo, ponto quântico - em tudo que emite e absorve quanta de energia eletromagnética. Por exemplo, qubits supercondutores são circuitos elétricos feitos de finas camadas de metal resfriado a temperaturas ultrabaixas, entre as quais pares de elétrons túneis através de finas camadas de isolante.
Já que estamos falando sobre o mundo quântico, é impossível dizer em que estado o elétron no qubit está em cada momento do tempo. Isso abre oportunidades para o teletransporte - a transmissão de algo no espaço.
“O teletransporte quântico requer três qubits sobrepostos. Digamos que precisamos transferir informações do primeiro elemento para o terceiro, e eles não devem interagir, ou seja, não devem estar próximos. Então, o terceiro e o segundo qubits são emaranhados usando uma operação lógica - seus estados se tornam interdependentes e eles próprios são chamados de emaranhados. E se o estado de um deles for medido, o estado do segundo será automaticamente oposto. É como jogar bolas pretas e brancas em uma caixa e, em seguida, puxar uma delas ao acaso: a cor da segunda será conhecida com 100% de probabilidade , diz Ilya Besedin, engenheiro do Laboratório de Metamateriais Supercondutores da NUST MISIS.
Então, o segundo qubit deve interagir com o primeiro. Existem duas maneiras principais de levá-los a “bater um papo”. Primeiro, a frequência ressonante de um átomo é alterada para que coincida com a frequência de outro, após o que a excitação de um vai para o outro através do campo elétrico. A segunda opção é que o sistema seja exposto à radiação de microondas de forma que o coeficiente de absorção de um átomo dependa do estado de outro. Depois que os qubits "conversam", seus estados são lidos.
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Na verdade, neste momento, os qubits se transformam em bits clássicos com informações conhecidas. Em seguida, uma operação lógica é realizada no terceiro qubit, e acaba por estar no estado do primeiro. Lembre-se de que o primeiro e o terceiro qubits nunca interagiram, exceto para "comunicação" indireta por meio do segundo qubit. Além disso, o terceiro estava em contato com o segundo antes de trocar informações com o primeiro.
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Você não pode discutir com a teoria da relatividade
Com a ajuda do teletransporte quântico, as informações podem ser transmitidas por longas distâncias. O registro até agora pertence a cientistas chineses, que enviaram dados da Terra a um satélite com mais de 1400 quilômetros. Além disso, os próprios qubits trocam dados instantaneamente, ainda mais rápido do que a velocidade da luz.
Os cientistas confirmaram isso medindo simultaneamente o estado de dois qubits emaranhados em locais diferentes. Acontece que eles realmente "sentem" as mudanças um do outro mais rápido do que os movimentos da luz.
Para extrair informações de um qubit, ele deve ser decodificado usando bits clássicos, cuja taxa de transmissão não pode exceder a velocidade da luz. Assim, embora o mundo quântico forneça oportunidades incríveis, as pessoas, devido à sua natureza clássica, às vezes simplesmente não conseguem tirar o máximo proveito delas.
“Mas o teletransporte quântico é perfeito para a transmissão de dados criptografados. Obviamente, as informações também podem ser criptografadas usando algoritmos clássicos. Mas esse método tem um ponto fraco: a troca de chaves. Com poder de computação suficiente, a criptografia interceptada sempre pode ser lida”, diz o especialista.
E os protocolos baseados no teletransporte quântico permitem que você prove matematicamente que a linha quântica não está sendo explorada. Assim que um estranho se conecta a ele, a qualidade da transferência do estado quântico se deteriora significativamente, independentemente do equipamento técnico do intruso. E ambas as partes descobrem imediatamente que sua conversa não é mais privada.
Não haverá teletransporte?
Para compartilhar um vídeo engraçado com um amigo, vocês dois precisam de computadores ou smartphones. O mesmo acontece com o teletransporte de dados entre qubits: para transferir o estado, você precisa de um qubit transmissor e um qubit receptor, que já estão localizados no lugar certo. Ou seja, antes de enviar os dados, é necessário mover fisicamente o objeto que irá recebê-los. E até agora podemos fazer isso apenas de uma forma clássica: ao longo de uma trajetória bem conhecida - do ponto "A" ao ponto "B". E de forma alguma instantaneamente.
E o que dizer do teletransporte de qualquer objeto material como um todo - por exemplo, uma pessoa? Afinal, em última análise, a matéria consiste em átomos, ou seja, sistemas quânticos entre os quais as informações podem ser transmitidas. Para fazer isso, você terá que teletransportar dados sobre todos os átomos do corpo para outros átomos localizados em outro lugar e, assim, recriar uma pessoa.
Mas para cada ato de transferência, é necessário equipamento técnico complexo. Uma pessoa que pesa cerca de 70 kg contém 6,7 * 1027 átomos. É extremamente difícil transmitir informações sobre todas as partículas com 100% de precisão - e no momento isso não é tecnicamente viável. Ainda assim, o teletransporte de um objeto material é uma tarefa atraente demais para ser recusada.
