No mês passado, dois desenvolvimentos interessantes no campo da tecnologia quântica ocorreram ao mesmo tempo: cientistas chineses teletransportaram fótons de luz de uma estação terrestre para um satélite espacial e uma conferência anual dos principais especialistas em física quântica foi realizada em Moscou. O Business Insider conseguiu capturar o Dr. Eugene Polzik, do Niels Bohr Institute, um dos maiores especialistas em teletransporte quântico, e questionou-o sobre uma variedade de questões, incluindo o notável sucesso de seus colegas chineses.
“Teletransportes desse tipo têm sido realizados em condições de laboratório desde 1997, mas os cientistas chineses conseguiram atingir esse incrível efeito tecnológico a uma grande distância”, disse Polzik.
Em 2012, uma equipe de cientistas europeus teletransportou fótons entre as duas Ilhas Canárias. A distância entre os dispositivos de transmissão e recepção foi de 141 quilômetros. Pesquisadores chineses conseguiram quebrar esse recorde em julho, quando teletransportaram fótons por uma distância de 500 quilômetros.
Há muito que sonhamos com essa tecnologia de Star Trek, embora nossa intuição sempre tenha dito que o teletransporte é basicamente impossível. No entanto, a física do nosso mundo real, em que vivemos todos os dias, tem pouca semelhança com a física do mundo quântico. Aqui, as leis de uma pedra caindo da face de um penhasco e os elétrons governantes e fótons individuais de luz são completamente diferentes do que estamos acostumados a ver. Portanto, em um mundo tão bizarro, quase tudo é possível, incluindo o teletransporte. Como entender tudo isso? O lugar para começar é o emaranhamento quântico.
O que é emaranhamento quântico?
Às vezes, duas partículas quânticas acabam sendo ligadas a um espelho. O que quer que aconteça com uma dessas partículas, o mesmo acontecerá com a outra. Mesmo que estejam separados por grandes distâncias. Eles ainda são dois objetos separados, mas são idênticos em tudo. Quando duas partículas compartilham seus estados entre si, essas partículas são chamadas de emaranhadas.
“Suponha que eu crie um par de fótons emaranhados”, explica Polzik.
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“Eu mantenho um e mando o outro com um laser para um satélite espacial em órbita, esperando que o fóton chegue ao seu destino. O teletransporte pode ser considerado bem-sucedido apenas quando o estado de emaranhamento de dois fótons é separado entre as estações de transmissão e recepção."
A principal dificuldade técnica do processo de teletransporte está na transferência de um fóton a uma certa distância da partícula parceira emaranhada. No caso do experimento chinês, um fóton estava em um laboratório na Terra e o segundo foi enviado com sucesso para um satélite em órbita. As mudanças que ocorreram com o fóton na Terra como parte das manipulações dos cientistas também afetaram o fóton no espaço - este é o teletransporte quântico em sua forma mais pura.
Como saber se o satélite recebeu o fóton desejado e não alguma partícula de luz aleatória?
Isso é relativamente fácil de fazer, graças a um processo chamado filtragem espectral. Ele permite que os cientistas identifiquem e rastreiem fótons individuais de luz, rotulando-os com um número de identificação exclusivo.
“Você conhece a frequência do fóton que está enviando, conhece sua direcionalidade. O satélite é direcionado para a fonte de envio localizada na Terra. Se você tiver um equipamento óptico muito bom em ambos os lados, então essa óptica vê apenas a fonte e nada mais”, continua Polzik.
O método de filtragem espectral é indiferente ao “ruído” na forma de outros fótons. Por exemplo, no mesmo experimento nas Ilhas Canárias, a transmissão foi realizada sob um céu claro e ensolarado.
Houve uma transferência de milhões de fótons para o satélite, mas apenas 900 chegaram ao destino
Quanto mais você tenta enviar o fóton emaranhado, menos eficiente esse processo se torna. Além disso, a atmosfera da Terra está em movimento constante, então perder fótons em seu caminho para o espaço sideral é fácil.
“Mesmo se não houvesse atmosfera, você ainda precisa focalizar o feixe de luz para que seja direcionado para o satélite. Se você apontar um apontador laser na palma da mão, o ponto de luz ficará pequeno, mas se você apenas remover o laser, o ponto fica maior - essa é a lei da difração”, diz Polzik.
Do solo, é bastante difícil para a luz chegar ao espaço (para um receptor óptico instalado em um satélite em órbita). Ele distorce muito, então a maioria dos fótons simplesmente não vai a lugar nenhum.
“O teletransporte bem-sucedido só pode ser alcançado em um período muito curto de tempo. De um modo geral, isso é muito pouco prático, mas, no entanto, podem ser encontradas maneiras de usar essa tecnologia”, continua Polzik.
Quantum Teleportation é uma transferência instantânea de dados?
Na verdade não. Objetos teleportáveis não desaparecem e reaparecem em outro lugar. Os cientistas usam o emaranhamento para transferir informações sobre o estado quântico de um fóton para outro. Sem essa informação, o fóton terá que cobrir fisicamente toda a distância entre o transmissor e o receptor. Novamente, as informações não são transmitidas instantaneamente. Isso só é possível quando o transmissor mede o estado quântico de seu fóton, alterando assim o estado do fóton no receptor. Por causa do emaranhamento quântico, essencialmente um fóton "se torna" outro fóton.
Então, para que serve tudo isso?
O teletransporte quântico é capaz de comprovar o conceito da possibilidade de criação de uma rede mundial de comunicação ultra-segura. Como uma chave que abre uma fechadura, uma mensagem transmitida por uma rede quântica só chegará ao destinatário que possui o fóton corretamente emaranhado, o que permitirá que essa mensagem seja recebida e lida.
Albert Einstein certa vez chamou o emaranhamento quântico de "ação fantasmagórica de longo alcance", mas essa ação de longo alcance é o componente fundamental que faz tudo funcionar. E um dia ele pode se tornar o condutor de nossa comunicação segura no futuro.
Nikolay Khizhnyak
