No mês passado, o bilionário Yuri Milner e o astrofísico Stephen Hawking anunciaram Breakthrough Starshot: um plano incrivelmente ambicioso para enviar a primeira espaçonave de fabricação humana para outro sistema estelar em nossa galáxia. Uma matriz de laser gigante poderia lançar um aparelho do tamanho de um microchip para outra estrela a 20% da velocidade da luz. Mas não está claro como esse pequeno dispositivo seria capaz de se comunicar conosco através do vasto espaço interestelar. Que tal emaranhamento quântico? Pode ser aplicado a tal conexão?
Essa ideia certamente merece atenção.
Imagine duas moedas, cada uma das quais podendo dar cara ou coroa. Você tem uma moeda, eu tenho outra e estamos extremamente distantes um do outro. Jogamos nossas moedas no ar, pegamos e jogamos na mesa. Antes de olhar para uma peça que caiu, esperamos uma probabilidade de 50/50 de dar coroa e, claro, cara também. Em um universo comum e desemaranhado, seus resultados e os meus serão independentes um do outro. Se você der coroa, minha moeda tem 50% de chance de dar cara ou coroa. Mas, sob certas condições, esses resultados podem ser confusos: se você executar este experimento e obtiver coroa, saberá que minha moeda tem 100% de chance de mostrar cara antes mesmo de eu lhe dizer. Você saberá disso instantaneamente, mesmo que estejamos separados por anos-luz e nenhum segundo tenha se passado.
Na física quântica, normalmente não emaranhamos moedas, mas partículas individuais, como elétrons e fótons, onde, por exemplo, cada fóton pode ter um spin de +1 ou -1. Se você medir o spin de um fóton, reconhecerá instantaneamente o spin de outro, mesmo que ele esteja a meio universo de nós. Até que você meça o spin de um fóton, ambos existem em um estado indeterminado; mas assim que um é medido, você imediatamente sabe sobre ele. Na Terra, realizamos tal experimento, separando dois fótons emaranhados por muitos quilômetros e medindo seus spins em um nanossegundo. Descobrimos que se medirmos o spin de um e ele for +1, descobriremos que o spin do outro -1 é 10.000 vezes mais rápido do que a velocidade da luz poderia nos permitir.
E aqui está a pergunta: poderíamos usar essa propriedade - emaranhamento quântico - para nos comunicarmos com um sistema estelar distante? Resposta: sim, se considerarmos fazer uma medição em um local remoto como forma de comunicação. Mas quando você diz conectar, geralmente deseja saber algo sobre o lugar com o qual está se conectando. Você pode, por exemplo, manter uma partícula emaranhada em um estado indeterminado, enviá-la a bordo de uma espaçonave para uma estrela próxima e dizer a ela para procurar sinais de planetas rochosos dentro da zona habitável dessa estrela. Ao ver um, ele faz uma medição, o que leva ao fato de que sua partícula estará no estado +1, caso contrário, a medição mostrará que sua partícula está no estado -1.
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Então, você supõe que uma partícula na Terra deveria estar no estado -1 quando você a mede, o que indicará que a espaçonave encontrou um planeta na zona habitável, ou no estado +1, o que indicará que o dispositivo tem um planeta não encontrado. Se você sabe que uma medição foi feita, você pode fazer sua própria medição e saber instantaneamente sobre o estado de outra partícula, mesmo que esteja a muitos anos-luz de distância.
Padrão de onda para elétrons que passam por uma fenda dupla. Se você medir por qual fenda o elétron passa, você destruirá o padrão de interferência quântica.
O plano está bom. Mas há um problema: o emaranhamento só funciona se você perguntar à partícula: em que estado você está? Se você colocar uma partícula emaranhada em um determinado estado, você rompe o emaranhamento e a medição na Terra será completamente independente da medição de uma estrela distante. Se você simplesmente mediu uma partícula distante (e descobriu: +1 ou -1), então sua medição na Terra também será -1 ou +1 (respectivamente) e fornecerá informações sobre uma partícula localizada a anos-luz de você. Se você imergir uma partícula no estado +1 ou -1, independentemente do resultado, sua partícula na Terra terá uma probabilidade de 50% de +1 ou -1 e não dirá nada sobre a partícula por muitos anos-luz.
Esta é uma das coisas mais mal compreendidas na física quântica: o emaranhamento pode ser usado para obter informações sobre um componente de um sistema quando você conhece seu estado completo e mede outro (s) componente (s), mas não para criar e transferir informações de uma parte de um sistema emaranhado para outra. … Portanto, não há oportunidade para uma comunicação mais rápida do que a luz.
O emaranhamento quântico é uma propriedade incrível que podemos usar para várias coisas diferentes, como um sistema de criptografia perfeito para informações. Mas a comunicação é mais rápida que a luz? Para entender por que isso não é possível, precisamos entender uma propriedade-chave da física quântica: que mergulhar à força pelo menos parte de um sistema emaranhado em um estado o impede de obter informações sobre esse mergulho medindo o resto do sistema. Como Niels Bohr apontou certa vez, "se a mecânica quântica ainda não o chocou profundamente, você ainda não a entendeu."
O universo joga dados conosco o tempo todo, para grande desgosto de Einstein. Até mesmo nossas melhores tentativas de trapacear neste jogo são trazidas à tona pela natureza.
