Tecnologia: O Teletransporte Quântico

A expressão ‘entrelaçamento’ foi elaborada por Erwin Schrödinger, físico de origem austríaca, quando ele realizou, em 1935, uma experiência de natureza mental conhecida como Gato de Schrödinger. Nesta investigação ele compara o universo cotidiano com a mecânica quântica, exemplificando com a história de um gato encerrado em uma caixa com um recipiente de veneno.

Um contador é programado para promover a disseminação desta substância fatídica assim que perceber a presença de radiação. Há então várias possibilidades em ação, o animal está vivo ou morto, dependendo de fatos submetidos à incerteza e também do próprio intérprete do evento em questão.

O entrelaçamento ou emaranhamento quântico, portanto, é um evento estudado pela Mecânica Quântica. Segundo esta teoria, dois ou mais objetos podem estar de tal forma conectados que uma face não pode ser analisada adequadamente sem que a contraface seja igualmente afetada, ainda que ambos estejam localizados em dimensões espaciais distintas.

Assim, mesmo que uma partícula esteja neste Planeta e sua contraface esteja situada em outra esfera, portanto distantes anos-luz uma da outra, se uma for movida para baixo a outra também será movimentada na mesma direção simultaneamente, independente do tempo que a luz levar para viajar de um lugar a outro. Este fenômeno é conhecido como teletransporte quântico.

É a essa forte ligação entre determinados objetos que os estudiosos se referem quando afirmam que se criam intensas interações entre as virtudes materiais dos vários sub-sistemas que se afinam. Desta forma, por mais longínquos que os sistemas estejam uns dos outros, se eles estão entrelaçados há sempre alguma ascendência a se estabelecer entre eles.

Os dados são transmitidos entre estes sistemas por meio das diversas condições de emaranhamento que se entrelaçam a um tradicional meio de informação, o teletransporte quântico. Este recurso possibilita o transporte de informações – spin ou polarização, nunca fluidos energéticos ou corpos materiais – por canais quânticos, à revelia da utilização de vias de comunicação.

A teoria do entrelaçamento quântico sustenta diversas inovações tecnológicas recentes, tais como a computação quântica, a criptografia quântica e os experimentos com teletransporte quântico. Por outro lado, ela alimenta algumas das especulações teóricas e filosóficas mais desconcertantes, uma vez que as relações mútuas previstas por esta Ciência contradizem as leis do realismo local, segundo as quais cada partícula apresenta condições bem delineadas, independente de se recorrer a dimensões correlatas remotas.

Há conclusões distintas sobre o que realmente se passa na dinâmica do emaranhamento quântico. Estas várias visões sobre o que ocorre neste processo instituem as diferentes linhas de compreensão que compõem a mecânica quântica.

De acordo com o Princípio da Incerteza de Heisemberg, o ato de estabelecer o ponto espacial em que se encontra uma certa partícula sempre se choca com a incerteza presente em tudo. A própria atitude de observação intervém no fenômeno que se testemunha. 

O estudo da Física Quântica transcende ainda mais essa constatação, levando a Ciência mais adiante na compreensão dos eventos que são estudados pela Teoria do Entrelaçamento.

Entrelaçamento quântico é demonstrado em circuitos de estado sólido

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/01/2010

Micrografia eletrônica de um divisor de pares de Cooper. A barra mede 1 micrômetro. O eletrodo supercondutor central (azul) é conectado aos dois pontos quânticos criados no mesmo nanotubo de carbono (vermelho), um em cada extremidade, para onde se dirigem[Imagem: L.G. Herrmann et al.]

Pela primeira vez, físicos demonstraram de forma convincente que partículas fisicamente separadas, colocadas em dispositivos de estado sólido diferentes, podem permanecer quanticamente entrelaçadas - tudo o que acontecer a uma, influenciará imediatamente a outra.

O feito é semelhante ao entrelaçamento quântico da luz, exceto que se trata de partículas em um circuito, em vez de fótons em sistemas ópticos.

Entrelaçamento óptico e entrelaçamento sólido

Tanto o emaranhamento óptico quanto o emaranhamento de estado sólido representam rotas potenciais para o desenvolvimento da computação quântica e das comunicações seguras, por meio da criptografia quântica, que é virtualmente inquebrável.

Mas as versões de estado sólido poderão ser mais fáceis de se conectar aos dispositivos eletrônicos tradicionais.

Nos experimentos de entrelaçamento óptico - usados também nas experiências de teletransporte - um par de fótons emaranhados pode ser separado por um aparato que divide um feixe de luz em dois - o chamado divisor de feixe.

Apesar da sua separação física, os fótons entrelaçados continuam a agir como se fossem um único objeto quântico - qualquer alteração em um implica uma imediata alteração no outro, qualquer que seja a distância entre os dois.

Computadores quânticos de estado sólido

Agora, uma equipe de físicos da França, Alemanha e da Espanha realizou o primeiro experimento de entrelaçamento quântico de estado sólido, que usa elétrons em um supercondutor no lugar dos fótons em um sistema óptico.

Conforme se resfria um material supercondutor, os elétrons se entrelaçam para formar o que é conhecido como pares de Cooper.

No novo experimento, os pares de Cooper fluem por uma ponte supercondutora até atingirem um nanotubo de carbono, que funciona como o equivalente eletrônico de um divisor de feixe.

Ocasionalmente, os elétrons tomam caminhos diferentes e são direcionados para pontos quânticos separados - mas continuam entrelaçados quanticamente.

Embora os pontos quânticos estejam separados por uma distância de apenas um micrômetro, a distância é grande o suficiente para demonstrar o entrelaçamento comparável ao que é observado em sistemas ópticos.

Além da possibilidade de utilização de elétrons entrelaçados em computadores quânticos de estado sólido, a descoberta abre um caminho totalmente novo para o estudo de sistemas quânticos entrelaçados em materiais sólidos.

Entrelaçamento quântico triplo é demonstrado com luzes coloridas

Por Fábio de Castro - 24/09/2009

Descoberta de pesquisadores brasileiros deverá ajudar a compreender as características do entrelaçamento quântico, a base para futuras tecnologias como computação quântica e teletransporte. [Imagem: Coelho et al.]

Entrelaçamento quântico

Um grupo de cientistas brasileiros conseguiu gerar um entrelaçamento quântico de três feixes de luz de cores diferentes. O feito deverá ajudar a compreender as características desse fenômeno que é considerado pelos cientistas como a base para futuras tecnologias como computação quântica, criptografia quântica e teletransporte.

Fenômeno intrínseco da mecânica quântica, o entrelaçamento permite que duas ou mais partículas compartilhem suas propriedades mesmo sem a existência de qualquer ligação física entre elas e independentemente da distância que as separa - veja Átomos assombrados de Einstein abrem caminho para computação quântica.

A possibilidade de alternar o entrelaçamento quântico entre as diferentes frequências de luz poderá ser útil para a criação de protocolos avançados de troca de informações.

Entrelaçamento triplo

De acordo com o autor principal do estudo, Paulo Nussenzveig, do Instituto de Física da USP, a possibilidade de gerar o entrelaçamento de três feixes de luz diferentes havia sido prevista pela mesma equipe há três anos, mas ainda não havia sido demonstrada experimentalmente. Dos três feixes, apenas um estava na porção visível do espectro e dois no infravermelho.

"Em 2005, medimos pela primeira vez o entrelaçamento em dois feixes, comprovando uma previsão teórica feita por outros grupos em 1988. A partir daí, percebemos que a informação presente no sistema era mais complexa do que imaginávamos e, em 2006, escrevemos um artigo teórico prevendo o entrelaçamento de três feixes, que conseguimos demonstrar agora", disse Nussenzveig à Agência FAPESP.

O cientista explica que, para realizar o estudo, o grupo utilizou um experimento conhecido como oscilador paramétrico óptico (OPO), que consiste em um cristal especial disposto entre dois espelhos, sobre o qual é bombeada uma fonte de luz.

"O que esse cristal tem de especial é sua resposta à luz, que é não-linear. Com isso, podemos introduzir no sistema uma luz verde e ter como resultado uma luz infravermelha, por exemplo", explicou. Segundo ele, os OPO com onda contínua, empregados no estudo, são utilizados desde a década de 1980.

Dissolução do elo quântico

Enfrentando diversas dificuldades e surpresas, ao lidar com fenômenos até então desconhecidos, os cientistas conseguiram "domar" o sistema para observar o entrelaçamento de três feixes com comprimentos de onda diferentes. Durante o experimento, descobriram ainda um efeito importante: a chamada morte súbita do entrelaçamento também ocorria no caso estudado.

Segundo Nussenzveig, um estudo coordenado por Luiz Davidovich, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), publicado na Science em 2007, mostrou que o entrelaçamento quântico podia desaparecer repentinamente, "dissolvendo" o elo quântico entre as partículas - o que poderia comprometer a aplicação do fenômeno no futuro desenvolvimento de computadores quânticos.

O efeito, batizado como morte súbita do entrelaçamento, já havia sido previsto anteriormente por físicos teóricos e foi observado pela primeira vez pelo grupo da UFRJ em sistemas discretos - isto é, sistemas que têm um conjunto finito de resultados possíveis.

"Para sistemas macroscópicos de variáveis contínuas existem relativamente poucos trabalhos e previsões teóricas. E não existia absolutamente nenhum trabalho experimental. Observamos pela primeira vez algo que não havia sido previsto: a morte súbita em variáveis contínuas. Isso significa que trata-se de um efeito global coletivo", disse.

Além da física clássica

De acordo com outro autor do estudo, Marcelo Martinelli, também professor do Instituto de Física da USP, o entrelaçamento quântico é a propriedade que distingue as situações quânticas das situações nas quais os eventos obedecem às leis da física clássica.

"Essa propriedade é verificada por meio de correlações que são diferentes das que ocorrem no mundo da física clássica. Quando jogamos uma moeda no chão, na física clássica, se temos a coroa voltada para cima, temos a cara voltada para baixo. No mundo quântico, esse resultado tem diferentes graus de liberdade e ângulos de correlação", explicou.

Teletransporte quântico

Segundo Martinelli, o entrelaçamento já havia sido muitas vezes verificado em sistemas discretos, ou entre dois ou mais sistemas no domínio de variáveis contínuas. Mas, quando havia três ou mais subsistemas, o entrelaçamento gerado era sempre de feixes de luz da mesma cor.

"Isso é interessante, porque abre caminho para que possamos, a partir de um sistema que interage com uma certa frequência do espectro eletromagnético, transferir suas propriedades quânticas para outro sistema - seria o chamado teletransporte quântico", disse o cientista.

De acordo com Martinelli, seria possível fazer isso utilizando feixes de entrelaçamento como veículo para transformar a informação. "Mas, se só pudermos lidar com variáveis da mesma cor, a informação quântica do primeiro só passaria para um segundo e um terceiro sistema se todos eles atuarem na mesma frequência. O nosso modelo permitiria fazer a transferência de informação quântica entre diferentes faixas do espectro eletromagnético", explicou.

Ao observar pela primeira vez a morte súbita de entrelaçamento em um sistema de variáveis contínuas, o grupo conseguiu novas informações sobre a natureza do fenômeno.

Morte súbita do entrelaçamento

Martinelli explica que todo sistema que interage com a natureza apresenta perdas, gradualmente. Uma chaleira em contato com o ambiente esfria continuamente até atingir o equilíbrio térmico com a temperatura externa. Mas esse processo se dá de forma exponencial e só estaria completo em um período de tempo infinito. Na prática, a chaleira sempre estará um pouco mais quente que o ambiente.

"No entanto, no caso do entrelaçamento, a sua interação com o ambiente nem sempre segue esse decaimento exponencial. Eventualmente ele desaparece em um tempo finito - o que caracteriza a chamada morte súbita. Vimos que isso também ocorre para variáveis contínuas e, ajustando os parâmetros de operação do nosso OPO, conseguimos controlar essa morte súbita", disse.

Segundo ele, essa descoberta é importante para que um dia se faça transporte de informação quântica. "Se enviarmos essa informação por fibra óptica, por exemplo, não podemos perder o entrelaçamento no sistema mediante perdas na propagação. Se a informação quântica passar a ter um papel central na tecnologia da informação, a compreensão da dinâmica da morte súbita e do entrelaçamento serão ainda mais fundamentais", disse.

Fontes:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Entrelaçamento_quântico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Teletransporte_quântico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Gato_de_Schrödinger

http://fu2re.wordpress.com/2009/06/01/entrelacamento-quantico/

http://www.inovacaotecnologica.com.br/