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Cientistas ‘teleportam’ partícula por centenas de quilômetros, mas o que isso quer dizer?



A humanidade está avançando rapidamente em direção a um lugar em que as notícias parecem muito com a ficção científica. Na verdade, nesta terça-feira (11), cientistas chineses informaram que “teletransportaram” um fóton ao longo de centenas de quilômetros usando um “satélite quântico”. Mas isso não é Star Trek. É o mundo real.

O que quer dizer que é bem menos empolgante que o teletransporte do Star Trek, infelizmente. Mas ainda é bem maneiro, eu prometo!

Esse “teletransporte quântico” na verdade não envolve o teletransporte de um objeto real — não é um teletransporte de fato. Os cientistas estão na verdade enviando informações sobre uma partícula de luz de uma maneira que só pode ser acessada por dois observadores. Isso poderia ter grandes implicações para o futuro da computação — essa tecnologia seria incrível para a criptografia de dados. Mas a criptografia com essa tecnologia ainda está bem distante.

Ainda assim, os pesquisadores escrevem em seu novo artigo: “Este trabalho estabelece o primeiro sinal de terra para um satélite para teletransporte quântico fiel de longa distância, um passo essencial para a internet quântica em escala global”. Vamos ver o que isso tudo significa.

No ano passado, a China lançou um satélite chamado Micius, projetado para testar comunicações a longas distâncias com base nos princípios da mecânica quântica. Eles lançaram seus primeiros resultados no mês passado, demonstrando que poderiam “entrelaçar” as partículas a distâncias recorde, centenas de quilômetros.

O entrelaçamento é uma conseqüência do fato de que, na física quântica — a teoria científica que rege as partículas mais pequenas —, os seres humanos não podem determinar as propriedades exatas dos fótons até que elas sejam observadas. Antes de fazer uma observação de uma partícula, nós só obtemos probabilidades descrevendo a aparência da partícula. Eu vou roubar uma analogia que eu usei ontem, em que os fótons são bolas, e suas cores (vermelhas ou verdes) são análogas às suas propriedades.

…Vamos dizer que tem dois sacos, e cada um tem uma de duas bolas, vermelha ou verde. Você dá o saco para o seu amigo. A mecânica quântica só dá as probabilidades de o saco conter qualquer uma das bolas, e é tudo o que você sabe antes de fazer a observação. Em escala humana, cada saco já contém uma bola vermelha ou verde.

Mas, por nossas bolas serem fótons, eles ficam entrelaçados:

A mecânica quântica diz que as duas bolas são vermelhas e verdes ao mesmo tempo, até você observar. Isso já é estranho em si, mas fica pior. Se você olhar para a sua bola, a outra bola automaticamente toma a outra cor.

O que o satélite chinês fez foi usar lasers e cristais para conferir partículas leves com uma das duas propriedades disponíveis — neste caso, os estados de polarização —, entrelaçá-los e separá-los entre 500 e 1.400 quilômetros. Essencialmente, eles prepararam os dois sacos com as bolas vermelhas e verdes.

A partir do momento que os pesquisadores entrelaçaram essas partículas a certa distância, eles conseguiram mandar o sinal com segredos entre os detentores dos sacos, que é o que eles fizeram no seu novo trabalho, postado no servidor do arXiv.

Então, aqui vai uma versão simplificada do teletransporte quântico. Digamos que você pegue uma bola vermelha e uma verde, coloque cada uma aleatoriamente em um saco e entregue um saco para uma pessoa no chão e outro para uma pessoa no satélite. Mas, no chão, há um segundo saco, contendo outra bola verde que as pessoas no chão querem “teleportar” para o satélite, sem que ninguém mais saiba que ela é verde. O teleporte quântico diz que, com o link de entrelaçamento já configurado, as pessoas no chão precisam apenas abrir os dois sacos, depois ligar para o satélite e dizer “igual” ou “diferente”. Se o observador terrestre abrir ambos os sacos e vir que as duas bolas são verdes, pode dizer “igual” para o satélite. O satélite irá abrir seu saco entrelaçado, que precisa ter uma bola vermelha, o que quer dizer que o chão tinha a bola verde no saco entrelaçado, e isso significa que a bola secreta precisa ser verde.

Dessa forma, o estado da bola secreta é “teletransportado” para o satélite.


Imagem: Ren et al, arXiv (2017)

Isso é uma simplificação, mas chega ao ponto principal, de que apenas a informação, e não a partícula em si, é teleportada, sem de fato dizer a ninguém o que está no saco secreto. E ainda precisa de comunicação não quântica, a troca de uma chave secreta. Os cientistas já fizeram esse tipo de “teletransporte” antes através de cabos de fibra óptica, mas essa é a maior distância e a primeira vez que foi feito do chão para um satélite, ao invés de entre dois lugares na Terra.

Matthew Leifer, físico da Universidade de Chapman que me ajudou com a analogia da bola, não se sentiu à vontade para falar sobre os detalhes do experimento como físico teórico, mas disse: “Se o seu objetivo é criar algum tipo de rede de criptografia quântica, então usar um [satélite quântico] para fazê-lo seria um passo significativo”. Ou seja, se você quisesse enviar dados criptografados através de uma rede de satélite como essa, e se o que a equipe diz que eles fizeram estiver correto, então seria um avanço significativo.

Leifer apontou que a fidelidade, a qualidade do sinal recebido, não era tão alta quanto nas experiências terrestres. E, para os milhões de fótons enviados, os pesquisadores apenas confirmaram seus resultados em 911 casos, de acordo com uma matéria da MIT Technology Review sobre a pesquisa. Além disso, o documento não foi revisado por outros cientistas, por isso é importante tirar suas conclusões com um pouco de cautela, caso algo mude quando uma revista publicar a versão final.

Ainda assim, mandar dados criptografados quanticamente parece ser empolgante para qualquer um que espera montar uma rede de satélites baseada nesse princípio.

[arXiv]

Imagem do topo: Timm Weitkamp/Wikimedia Commons

FONTE: GIZMODO BRASIL

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