O mundo quântico costuma ser contrário ao bom senso. O Prêmio Nobel Richard Feynman disse uma vez: "Acho que posso dizer com segurança que ninguém entende a mecânica quântica." O teletransporte quântico é apenas um daqueles fenômenos estranhos e aparentemente ilógicos.
Em 2017, pesquisadores da China teletransportaram o objeto para o espaço sideral. Não era um homem, nem um cachorro, nem mesmo uma molécula. Era um fóton. Ou melhor, informações que descrevem um fóton específico. Mas por que isso é chamado de teletransporte?
O resultado final é que o teletransporte quântico tem pouco a ver com o teletransporte como tal. Em vez disso, é uma questão de criar uma Internet que não possa ser hackeada. Mas antes de irmos diretamente para este assunto, vamos falar sobre um paradoxo.
O brilhante físico e autor de Teorias Gerais e Especiais da Relatividade, Albert Einstein, considerou a mecânica quântica uma teoria falha. Em 1935, junto com os físicos Boris Podolsky e Nathan Rosen, ele escreveu um artigo no qual definia um paradoxo que lança dúvidas sobre quase tudo relacionado à mecânica quântica - o paradoxo EPR.
A mecânica quântica é a ciência dos menores aspectos do universo: átomos, elétrons, quarks, fótons e assim por diante. Ele revela aspectos paradoxais e às vezes contraditórios da realidade física. Um desses aspectos é o fato de que, ao medir uma partícula, você a "muda". Esse fenômeno acabou sendo chamado de efeito do observador: o ato de medir um fenômeno o afeta de maneira irreparável.
Descrição esquemática de uma configuração experimental para teletransporte de um fóton para o espaço exterior / Academia de Ciências da China.
Freqüentemente, para observar um átomo, nós o iluminamos. Os fótons dessa luz interagem com a partícula, afetando assim sua posição, momento angular, spin ou outras características. No mundo quântico, usar fótons para observar um átomo é semelhante a usar bolas de boliche para contar os pinos no final de uma pista de boliche. Como resultado, é impossível saber exatamente todas as propriedades de uma partícula, uma vez que, no processo de estudá-la, o observador influencia o resultado.
O efeito do observador costuma ser confundido com a ideia de que a consciência pode de alguma forma influenciar ou mesmo criar a realidade. Na verdade, não há nada de sobrenatural nesse efeito, já que não requer consciência de forma alguma.
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Os fótons que colidem com um átomo produzem o mesmo efeito de observador, independentemente de estarem se movendo em direção a ele devido a ações do lado da consciência humana ou não. Nesse caso, "observar" é simplesmente interagir.
Não podemos ser observadores externos. Nos sistemas quânticos, uma pessoa sempre toma parte ativa, confundindo os resultados.
Era exatamente disso que Albert Einstein não gostava. Para ele, essa ambigüidade inerente indicava uma incompletude na mecânica quântica que precisava ser eliminada. O cientista acreditava que a realidade não poderia ser tão incerta. É precisamente a isso que se refere sua famosa frase: "Deus não joga dados com o Universo".
E nada enfatizou mais a fraqueza da mecânica quântica do que o paradoxo do emaranhamento quântico.
Às vezes, em uma escala quântica, as partículas podem se tornar interconectadas de tal forma que medir as propriedades de uma partícula instantaneamente afeta a outra, não importa quão distantes estejam. Este é o emaranhamento quântico.
De acordo com a teoria da relatividade de Einstein, nada pode viajar mais rápido do que a luz. No entanto, o emaranhamento quântico parecia quebrar essa regra. Se uma partícula está enredada em outra, e qualquer possível mudança que ocorra com uma delas afeta a outra, então deve haver algum tipo de conexão entre elas. Caso contrário, como eles podem influenciar um ao outro? Mas se isso acontecer instantaneamente, apesar das distâncias, essa conexão deve ocorrer mais rápido do que a velocidade da luz - daí o próprio paradoxo EPR.
Se você tentar medir por qual fenda um elétron passa durante um experimento com duas fendas, não obterá um padrão de interferência. Em vez disso, os elétrons não se comportarão como ondas, mas como partículas "clássicas".
Einstein chamou esse fenômeno de "ação fantasmagórica à distância". Todo o campo da mecânica quântica parecia-lhe tão frágil quanto o suposto emaranhamento quântico. Até o fim da vida, o físico tentou, sem sucesso, "remendar" a teoria, mas não deu em nada. Simplesmente não havia nada para consertar.
Após a morte de Einstein, foi repetidamente provado que a mecânica quântica está correta e funciona, mesmo que muitas vezes contradiga o bom senso. Os cientistas confirmaram que o paradoxo do emaranhamento quântico é um fenômeno real e, em geral, não é um paradoxo. Apesar do fato de que o emaranhamento ocorre instantaneamente, nenhuma informação pode ser transferida entre as partículas mais rápido do que a velocidade da luz.
Como tudo isso se relaciona com o teletransporte quântico? Voltemos ao nosso tópico. O fato é que desta forma as informações ainda podem ser transferidas. Isso é exatamente o que pesquisadores da China fizeram em 2017. Embora seja chamado de "teletransporte", na verdade, os cientistas têm realizado a transferência de informações entre dois fótons emaranhados.
Quando um feixe de laser é direcionado através de um cristal especial, os fótons emitidos por ele são emaranhados. Portanto, quando um fóton é medido em um par emaranhado, o estado do outro é imediatamente conhecido. Se você usar seus estados quânticos como portadora de sinal, as informações podem ser transferidas entre dois fótons. Isso já foi feito em laboratórios ao redor do mundo, mas nunca antes esse processo ocorreu a tal distância.
Pesquisadores chineses enviaram um fóton emaranhado a um satélite a 1.400 quilômetros acima da Terra. Eles então emaranharam o fóton remanescente no planeta com o terceiro fóton, o que permitiu que ele enviasse seu estado quântico para o fóton no satélite, copiando assim efetivamente o terceiro fóton em órbita. No entanto, o terceiro fóton não foi fisicamente transferido para o satélite. Apenas informações sobre seu estado quântico foram transmitidas e restauradas.
Portanto, não era um teletransporte no estilo Star Trek. Mas o maior avanço neste experimento não foi o teletransporte, mas a comunicação.
Uma Internet quântica baseada em partículas emaranhadas seria quase impossível de hackear. E tudo graças ao efeito do observador.
Se alguém tentar interceptar uma dessas transmissões quânticas, em essência, será uma tentativa de observar a partícula, que - como já sabemos - a mudará. Uma transmissão comprometida seria imediatamente visível, pois as partículas deixariam de se enredar ou a transmissão seria completamente destruída.
A Quantum Internet seria uma rede de comunicações quase 100% segura. Sem acesso a partículas emaranhadas, ninguém poderia hackea-lo. E se alguém tivesse acesso a uma das partículas emaranhadas, notaria imediatamente, já que a partícula desapareceria, o que significa que a Internet deixaria de funcionar. É assim que pode ser mais útil do que um dispositivo de teletransporte de fótons.
Os pesquisadores tiveram que fazer mais de um milhão de tentativas para enredar com sucesso pouco mais de 900 partículas. Como os fótons devem passar por nossa atmosfera, existe uma grande probabilidade de que eles interajam com outras partículas, portanto, sejam "observados", eliminando o emaranhamento e completando a transmissão.
O teletransporte quântico perde todas as informações sobre a partícula original, mas cria uma cópia idêntica na outra extremidade / & copy; Jim Al-Khalili / Durante o teletransporte quântico, todas as informações sobre a partícula original são perdidas, mas uma cópia idêntica é criada na outra extremidade / Jim Al-Khalili.
Será que um dia - em algum momento no futuro distante - usaremos essa mesma técnica para teletransportar objetos grandes ou até pessoas? Em teoria, sim. Isso envolveria cada partícula do corpo com o mesmo número de partículas no destino. Cada estado e posição de todas as suas partículas precisarão ser escaneados e transferidos para outro local. As partículas que aguardam ficarão emaranhadas e aceitarão as informações passadas a elas, assumindo instantaneamente um estado idêntico ao das partículas originais. É essencialmente a mesma coisa que aconteceu aos fótons no experimento chinês. A única diferença é que se trata de cada partícula do seu corpo.
No entanto, você não deve ficar muito feliz. O teletransporte também está sujeito ao efeito do observador. Um processo de varredura que mede todas as suas partículas mudaria instantaneamente todas elas. É possível que as mudanças tenham sido desagradáveis para você, você se transformaria em um lodo quântico irreconhecível. Você deixaria de existir no ponto original e apareceria em outro - exatamente o mesmo, mas com um novo conjunto de partículas. Mas se você permanece você mesmo ou não, é uma questão completamente diferente.
Vladimir Guillen
