Eletrônica

Nobel de Física premia experimentos que viabilizaram tecnologias quânticas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/10/2022

Ilustração do conceito de entrelaçamento quântico - a "comunicação" entre as partículas é instantânea, acima da velocidade da luz.
[Imagem: Johan Jarnestad/RSAS]

Tecnologias quânticas

A Real Academia Sueca de Ciências anunciou o Prêmio Nobel de Física 2022 para três físicos que trabalham com elementos centrais das tecnologias quânticas, incluindo comunicações, criptografia e computação.

Alain Aspect, John Clauser e Anton Zeilinger receberam a premiação "por experimentos com fótons entrelaçados, pelo estabelecimento da violação das desigualdades de Bell e pelo pioneirismo na ciência da informação quântica", segundo a Fundação Nobel.

Alain Aspect, nascido em 1947 em Agen, na França, é professor da Universidade Paris-Saclay. John Francis Clauser, nascido em 1942 em Pasadena, nos EUA, atualmente trabalha em uma instituição privada. E Anton Zeilinger, nascido em 1945 em Ried, na Áustria, é professor da Universidade de Viena.

Cada um deles conduziu experimentos inovadores usando estados quânticos entrelaçados - ou emaranhados -, onde duas partículas se comportam como uma única entidade, mesmo se separadas por qualquer distância. Essas demonstrações e resultados abriram caminho para as chamadas tecnologias quânticas, das quais o ramo mais conhecido é o da computação quântica, mas passa pelas comunicações, criptografia e chega até às baterias quânticas.

Entrelaçamento quântico

O estado de entrelaçamento entre partículas não possui equivalente no mundo clássico ao qual estamos acostumados. Quando duas partículas ficam entrelaçadas, o que acontece a uma inequívoca e imediatamente afetará a outra, qualquer que seja a distância que as separe - o entrelaçamento é um tipo de correlação quântica, assim como a discórdia quântica.

Por exemplo, assim que você medir o estado de uma das partículas, você imediata e necessariamente saberá o estado da outra, sem precisar medi-la. As partículas quânticas não têm estados definidos, mas probabilidades, expressas por uma função de onda. Assim, o estado de um elétron ou de um fóton, por exemplo, só é conhecido quando você o mede, o que significa que sua função de onda colapsa para um valor determinado. Se duas partículas estiverem entrelaçadas, a função de onda das ondas irá colapsar exatamente do mesmo modo.

Por muito tempo os físicos discutiram se essa correlação ocorre porque as partículas em um par entrelaçado conteriam "variáveis ocultas", instruções que lhes diziam qual resultado deveriam dar em um experimento. Na década de 1960, John Stewart Bell desenvolveu uma desigualdade matemática, que hoje leva seu nome, afirmando que, se houver variáveis ocultas, a correlação entre os resultados de um grande número de medições nunca excederá um determinado valor.

No entanto, a mecânica quântica prevê que um certo tipo de experimento violará a desigualdade de Bell, resultando em uma correlação mais forte do que seria possível.

Os três físicos desmistificaram o que Einstein chamava de "ação fantasmagórica à distância".
[Imagem: RSAS]

Experimentos que valem um Nobel

O professor John Clauser desenvolveu as ideias de John Bell, levando a um experimento prático: Quando ele fez as medições, elas deram razão à mecânica quântica, violando claramente uma desigualdade de Bell. Isso significa que a mecânica quântica não pode ser substituída por uma teoria que usa variáveis ocultas.

Mas o experimento de Clauser ainda tinha algumas brechas. Alain Aspect melhorou a configuração, usando-a de uma forma que fechou uma brecha importante: Ele ajustou as configurações de medição depois que um par entrelaçado deixou sua fonte, de modo que a configuração que existia quando eles foram emitidos não poderia afetar o resultado - esses experimentos envolvem um conceito conhecido como contextualidade quântica.

E o professor Anton Zeilinger começou a tirar proveito desses estados quânticos entrelaçados. Entre outras coisas, seu grupo de pesquisa demonstrou um fenômeno chamado teletransporte quântico, que possibilita mover um estado quântico de uma partícula para outra à distância - hoje o teletransporte já funciona entre qubits distantes, formando uma rede.

"Está ficando cada vez mais claro que um novo tipo de tecnologia quântica está surgindo. Podemos ver que o trabalho dos laureados com estados emaranhados é de grande importância, mesmo além das questões fundamentais sobre a interpretação da mecânica quântica," disse Anders Irbäck, presidente do Comitê Nobel de Física.