Em 2005, o obituário do físico Asher Peres na revista Physics Today nos disse que quando um jornalista lhe perguntou se o teletransporte quântico poderia transportar a alma de uma pessoa assim como seu corpo, o cientista respondeu: “Não, não o corpo, apenas a alma.” Mais do que uma simples brincadeira, a resposta de Peres oferece uma explicação perfeita, codificada em metáfora, da realidade de um processo que vimos inúmeras vezes na ficção científica. Na verdade, o teletransporte existe, embora no mundo real exista. bem diferente do famoso “Beam me up, Scotty!” associado à série Star Trek.

O teletransporte na ciência real começou a tomar forma em 1993 graças a um estudo teórico publicado por Peres e cinco outros pesquisadores na Physical Review Letters, que lançou as bases para o teletransporte quântico. Aparentemente, foi ideia do coautor Charles Bennett associar o fenômeno proposto à ideia popular de teletransporte, mas há uma diferença essencial entre ficção e realidade: nesta última não importa que viaje, mas sim informação, que transfere propriedades de a matéria original para a matéria de destino.

O teletransporte quântico é baseado em uma hipótese descrita em 1935 pelo físico Albert Einstein e seus colegas Boris Podolsky e Nathan Rosen, conhecido como o paradoxo EPR. Como consequência das leis da física quântica, foi possível obter duas partículas e separá-las no espaço para que continuassem a compartilhar suas propriedades, como duas metades de um todo. Assim, uma ação em um deles (em A, ou Alice, de acordo com a nomenclatura utilizada) teria instantaneamente um efeito sobre o outro (em B ou Bob). Esta “ação assustadora à distância”, nas palavras de Einstein, parece capaz de violar o limite da velocidade da luz.

A teoria desse fenômeno, chamada de entrelaçamento quântico, foi desenvolvida posteriormente em 1964 por John Stewart Bell e foi corroborada por vários experimentos. O trabalho de Peres, Bennett e seus colaboradores propuseram que uma terceira partícula poderia interagir com a de Alice e perder um estado quântico —o valor de uma de suas propriedades físicas— a ser transferido para o de Bob, de modo que adquira esse estado. Sem uma transferência de matéria, a partícula de Bob seria convertida em uma cópia da partícula interativa de Alice, e nunca teria havido contato físico entre eles.

Qubits teletransportados

Desde 1998, vários experimentos conseguiram esse teletransporte quântico, inicialmente usando fótons individuais, depois átomos e sistemas mais complexos. No início, o fenômeno foi demonstrado a uma curta distância, que aumentou em estudos subsequentes para centenas de metros e quilômetros. O recorde atual é o teletransporte de fótons a 1.400 quilômetros da Terra para o satélite Micius na órbita da Terra, uma conquista realizada com sucesso em 2017 pela equipe liderada por Jian-Wei Pan na Universidade de Ciência e Tecnologia da China em Hefei (USTC).

Nestes experimentos, o que é transmitido são informações codificadas em bits. No sentido clássico, um bit é uma unidade básica de informação binária que leva o valor de 0 ou 1. Em sua aplicação aos estados quânticos, um bit pode conter informações sobre, por exemplo, o spin de uma partícula (um tipo de rotação ) Mas na versão quântica do bit, o qubit, seu valor pode ser 0 e 1 ou outro valor, como 2, já que a mecânica quântica permite que os estados se sobreponham. É por isso que a computação quântica é vista como uma tecnologia mais poderosa que a tradicional, já que sua capacidade de armazenar e processar informações é muito maior.

No entanto, é fundamental ressaltar que o teletransporte quântico não serve para transmitir dados instantaneamente ou mais rápido que a velocidade da luz. O motivo é que Bob precisa obter informações adicionais sobre as medições de Alice que não são transmitidas pelo sistema de partículas emaranhadas e, portanto, devem ser enviadas por outro canal; para cada qubit teletransportado dois bits clássicos devem ser transmitidos, e isso só pode ser feito por meios tradicionais que, no máximo, só atingem a velocidade da luz.

Uma futura rede quântica

Mas, apesar dessa limitação, as possibilidades de teletransporte quântico parecem cada vez mais promissoras à medida que novos marcos são alcançados. Este ano, duas equipes de pesquisadores relataram pela primeira vez a transmissão de qutrits, ou unidades tridimensionais de informação (que podem assumir três valores, 0, 1 e 2). “Ambos os estudos demonstraram o teletransporte de qutrit.A principal diferença é o método que usamos ”, explica Bi-Heng Liu, físico da UCTC e co-autor de um dos estudos ainda não publicados, para OpenMind.

No entanto, no momento ainda há alguma controvérsia em jogo entre as duas equipes. Conforme explicado à OpenMind pelo físico Chao-Yang Lu, também da UCTC e co-autor do outro estudo, publicado na Physical Review Letters, no que diz respeito ao trabalho de seus colegas, “a própria natureza quântica do teletransporte não foi demonstrada . ” O co-autor do mesmo estudo, Manuel Erhard, da Universidade de Viena, também acredita que, no experimento de Liu, “as medições e os resultados não são suficientes para reivindicar o teletransporte quântico tridimensional e universal genuíno”. Por sua vez, Liu defende seus resultados: “Fizemos a simulação numérica e confirmamos o teletransporte de qutrits.”

A polêmica também se estende às possibilidades de escalar o sistema para um número maior de dimensões. para Liu, “ambos os esquemas são escalonáveis”. Por sua vez, Erhard defende que seu próprio sistema pode ser facilmente estendido a qualquer dimensão: “É uma questão de desenvolvimento tecnológico para aumentar ainda mais a dimensionalidade”, diz. Por outro lado, ele não tem certeza se o mesmo pode ser dito sobre o sistema de seus colegas.

Mas qual é o ponto de expandir esses experimentos em um número maior de dimensões? “Uma possível aplicação do teletransporte quântico de alta dimensão está nas redes quânticas”, explica Erhard ao OpenMind. “Assim, imaginamos uma futura rede quântica baseada em alfabetos de dimensões superiores. Eles vêm com a vantagem de maiores capacidades de informação e também maior resistência ao ruído, por exemplo.”

Portanto, mudando do qubit para qutrit, e de lá para ququart e assim por diante, agora está estabelecendo as bases para futuras redes de computação quântica. Lu prevê que seu sistema alcançará a chamada supremacia quântica, a capacidade de resolver problemas inatingíveis pela computação clássica: “Estamos implementar experimentos de computação quântica multi-dimensional multi-fótons chamados de amostragem de bóson e, esperançosamente, em um futuro próximo, esperamos controlar 30-50 fótons para alcançar a supremacia quântica. ”

Javier Yanes

@ yanes68