O entrelaçamento quântico, uma vez descrito por Albert Einstein, o físico mais famoso do mundo, como “um efeito estranho a grandes distâncias” – a ideia de que duas partículas a grandes distâncias podem afetar instantaneamente uma à outra – é uma metáfora para a física quântica. No coração do que a ciência chama de estranho e muito estranho. É contra-intuitivo.
Na manhã de terça-feira, a Real Academia Sueca de Ciências concedeu o Prêmio Nobel de Física de 2022 a seus três físicos quânticos: Alan Aspect, John F. Crowther e Anton Zeilinger. revolução tecnológica. Aspect, Clauser e Zeilinger dividirão o prêmio de 10 milhões de coroas suecas (US$ 915.000).
Em um comunicado em seu site, o Comitê do Nobel disse que concedeu conjuntamente o Prêmio Nobel de Física de 2022 aos três.
“Uma das previsões mais interessantes da mecânica quântica é o emaranhamento, onde partículas amplamente separadas podem ser manipuladas para se comportarem como uma única entidade”, disse o secretário do Comitê Nobel de Física. Wolf Danielson contou a Popular sua mecânica. “Os experimentos pioneiros de Krauser, Aspect e Seilinger mostram que esse fenômeno intrigante persiste mesmo em distâncias macroscópicas, demonstrando as falhas em nossa intuição clássica.” Informações do portal popular mechanics.
Danielsson, professor de física teórica da Universidade de Uppsala, na Suécia, refere-se ao fato de que esse fenômeno de uma conexão quântica instantânea entre partículas em grandes distâncias não é contabilizado na física clássica do mundo cotidiano.
Ele acrescenta que os resultados do trio não são apenas importantes para nossa compreensão fundamental do mundo, mas apontam para aplicações futuras, como comunicação segura usando criptografia quântica e a capacidade de construir computadores quânticos de poder impressionante.
Provando Einstein errado
Na física quântica, o emaranhamento descreve um estado no qual duas partículas estão conectadas de tal forma que medir a qualidade de uma — chamada de variável — imediatamente faz com que a outra adote um valor correspondente ou anticorrespondente.
Isso pode não parecer muito preocupante no início, mas considere que essa mudança instantânea na segunda partícula aconteceria mesmo se o par emaranhado estivesse em lados opostos do universo.
O emaranhamento, como foi sugerido pela primeira vez na década de 1930, invadiu a ideia de “realismo local”, que pode ser resumido em duas declarações. Primeiro, o realismo afirma que todas as partículas têm propriedades definidas para todas as medidas possíveis. Em segundo lugar, a localidade diz que a comunicação entre as partículas não pode acontecer mais rápido que a velocidade da luz.
A ação instantânea de emaranhamento desafiou pelo menos uma dessas premissas, talvez ambas. Para Einstein, por meio de seu desafio à localidade, essa natureza instantânea representava uma ameaça a um de seus princípios-chave da relatividade especial : o fato de que nada pode viajar mais rápido que a luz.
Einstein achava que, em vez de violar o realismo local, o emaranhamento e sua “ação fantasmagórica à distância” indicavam que a física quântica estava incompleta; ele acreditava que elementos conectando as variáveis de uma partícula a outra eventualmente seriam encontrados. Os elementos que ele e outros físicos acreditavam estar faltando ficaram conhecidos como “variáveis ocultas locais”.
O trabalho de Clauser, Aspect e Zeilinger é tão inovador e digno do maior prêmio da física porque provou conclusivamente que as variáveis ocultas não existem. Mas a razão pela qual a não localidade não viola a relatividade não é compreendida e tem sido muito debatida desde então. Uma sugestão é que as partículas emaranhadas ainda fazem parte do mesmo sistema, portanto, a distância entre elas não importa.
Confirmando que a física quântica está completa
Em 1964, o físico norte-irlandês John Stewart Bell concebeu seu homônimo teorema de Bell, que sugeria que a localidade era uma hipótese testável. Quebrar o realismo local foi referido como “a violação das desigualdades de Bell”.
O físico teórico e experimental americano Clause – junto com o então U.C. Stuart Freedman, estudante de pós-graduação de Berkeley, que faleceu em 2012, concebeu o primeiro experimento prático para caçar tal violação em 1972. A dupla construiu um experimento para enviar dois fótons emaranhados em direções opostas em direção a filtros de polarização fixos.
Esses filtros bloqueariam os fótons ou permitiriam que eles passassem para um detector com base em seu ângulo e na polarização do fóton, com o resultado refletido em seu parceiro emaranhado. Os resultados obtidos desafiaram as regras da mecânica clássica, a existência de variáveis ocultas e concordaram com a teoria quântica. Em outras palavras, o experimento violou a desigualdade de Bell.
Aspect, um físico da Université Paris-Saclay e da École Polytechnique, na França, apresentaria versões aprimoradas do experimento de Clauser e Freedman em 1982. Embutida nos testes da Aspect estava a capacidade de registrar fótons bloqueados no filtro. Mais uma vez, um cientista demonstrou a violação da desigualdade de Bell.
Em 1997, na Universidade de Viena, na Áustria, Zeilinger – agora cientista sênior do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica da Academia Austríaca de Ciências – foi ainda mais longe. Ele demonstrou a transferência de informação quântica de um par emaranhado para uma terceira partícula. Em 1998, ele seguiu esse trabalho emaranhando dois fótons que não interagem diretamente usando partículas parceiras emaranhadas.
Nicolas Brunner é professor associado da Universidade de Genebra, onde sua área de pesquisa é a base da teoria quântica e do processamento de informações quânticas. Isso significa que sua pesquisa depende fortemente dos conceitos de emaranhamento e não-localidade. “A não localidade quântica é a demonstração mais forte de emaranhamento e demonstra que a natureza é inerentemente não local”, diz ele à Popular Mechanics. “Ao contrário do que Einstein esperava, não há como transformar a teoria quântica em uma teoria física que se comporta localmente. E o trabalho de Clauser, Aspect e Zeilinger foi a primeira demonstração realmente convincente desse aspecto fundamental da mecânica quântica.”
A partir daqui, explica Brunner, os pesquisadores ficaram livres para especular sobre o que poderia ser feito com a natureza não local do emaranhamento e da mecânica quântica. Isso levou ao desenvolvimento da criptografia quântica, em particular, e da tecnologia quântica em geral.
“Você pode usar o emaranhado de fótons para criar um sistema criptográfico onde duas partes distantes podem trocar mensagens secretas em total privacidade”, diz Brunner. “Privacidade e segurança são garantidas pelas leis da mecânica quântica.”
Quanto ao que esse prêmio significa para os campos da física quântica e da informação quântica, Brunner acha ótimo. “Trabalho com não localidade quântica há 20 anos, desde o início do meu doutorado. Vê-lo reconhecido assim pelos prêmios de física mais importantes é realmente algo e tanto. É realmente um reconhecimento da importância dos assuntos no campo da informação quântica em geral.”
Em uma coletiva de imprensa anunciando o prêmio na terça-feira, Zeilinger enfatizou as contribuições de seus colegas no campo da física quântica.
“Na verdade, fiquei muito surpreso ao receber a ligação”, disse ele. “Este prémio não seria possível sem o trabalho de mais de 100 jovens ao longo dos anos.”
