Entrelaçamento quântico foi conseguido no espaço

O fenómeno mais “fantasmagórico” da Ciência foi alcançado por cientistas chineses. Pela primeira vez, foram geradas partículas entrelaçadas no espaço. A experiência de teletransporte quântico está contada no artigo publicado na revista Science.

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A China lançou o primeiro satélite de comunicações quânticas em Agosto do ano passado Reuters
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Céu nocturno em Mont-Tendre, no Jura, no cantão de Vaud, na Suíça Reuters/Denis Balibouse

Imagine que é um fotão, um pacote de luz, uma pequena partícula de energia, a viajar a grande velocidade sozinho pelo universo. Mas tem um irmão gémeo, um outro fotão com quem está intimamente ligado desde o dia em que nasceram. Não interessa a distância que vos separa, quer estejam na outra ponta do laboratório ou do universo, um espelha o outro. Seja o que for que aconteça a um, acontece automaticamente ao outro e vice-versa. São como os irmãos de Um Conto Americano, separados pelo destino mas a sentir os mesmos sentimentos e a cantar a mesma canção debaixo da luz da mesma lua.

A isto se chama entrelaçamento quântico. Para aqueles de nós que não são físicos, parece tão irreal como ratos a cantarem e até há muitos físicos que têm as suas reservas quanto a este fenómeno. Albert Einstein, cuja investigação contribuiu para a proposta desta teoria, chamou-lhe ironicamente uma “acção fantasmagórica a distância”. O entrelaçamento quântico não respeita algumas das leis fundamentais da física: nada viaja mais rápido do que a luz e os objectos são apenas influenciados por aquilo que os rodeia. E os cientistas ainda não conseguiram explicar como é que as partículas estão ligadas. Será um "buraco de minhoca" [que, em física, é uma espécie de “atalho” através do espaço do tempo]? Uma dimensão desconhecida? O poder do amor? (Esta última é a brincar.)

Felizmente para físicos quânticos, nem sempre é preciso explicar um fenómeno para o investigar. Os nossos antepassados não sabiam o que era fricção até inventarem a roda. Há 600 anos, os médicos da China medieval não sabiam da existência de anticorpos quando começaram a vacinar pessoas contra a varíola. O não saber o que está por detrás do entrelaçamento quântico não impediu Jian-Wei Pan, um físico da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, em Xangai, de o enviar para o espaço. 

Num novo estudo na revista científica Science, Pan e os seus colegas descrevem que produziram fotões entrelaçados num satélite a quase 485 km do planeta e que os emitiram para dois laboratórios terrestres, com mais de 1200 km a separá-los, tudo sem perder a estranha ligação das partículas. É a primeira vez que são geradas partículas entrelaçadas no espaço e a distância da manutenção do entrelaçamento aumentou dez vezes.

“É um feito extraordinário e acho que é apenas o primeiro de muitos estudos interessantes que este satélite nos vai proporcionar”, diz Shohini Ghose, físico na Universidade de Wilfrid-Laurier, no Canadá. “Quem sabe, talvez venha a haver uma corrida de entrelaçamento espacial?...”

Há uma boa razão para os Governos a nível mundial começarem muito em breve a testar a teoria quântica em órbita e não é para receberem o título de “mais assustadores”. Partículas entrelaçadas podem vir a ser utilizadas para “comunicação quântica”, uma forma de enviar mensagens extremamente seguras sem depender de cabos, sinais wireless ou códigos. Qualquer interferência com uma partícula entrelaçada, até o mero acto de a observar, afecta automaticamente o seu parceiro, o que significa que estas missivas não podem ser pirateadas. Os físicos dizem que estas partículas entrelaçadas podem ajudar a criar a “Internet quântica”, dar origem a novas formas de codificação e permitir comunicação mais rápida do que a luz. Estas possibilidades são de grande interesse numa era em que hospitais, entidades financeiras, agências governamentais e até sistemas eleitorais são vítimas de ataques informáticos.

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Fotões foram transmitidos por estações terrestres, uma delas está situada Lijiang, no sudeste da China REUTERS/Aly Song

Até Pan e os colegas terem começado as suas experiências no espaço, a comunicação quântica tinha uma grande limitação. Os fotões entrelaçados não precisam de fios ou cabos para os ligar, mas na Terra é necessário utilizar um cabo de fibra óptica para transmitir uma das partículas para o local desejado. Mas a fibra absorve luz enquanto o fotão viaja nele, enfraquecendo a ligação quântica a cada quilómetro que é transmitida. O último recorde de teletransporte quântico foi de 140 km, ou traduzindo por miúdos: o envio de informação via partículas entrelaçadas.

Contudo, a luz nunca é absorvida no espaço, pois não há nada para a absorver. O espaço está vazio. O que significa que as partículas entrelaçadas podem ser transmitidas por longas distâncias pelo vazio sem perder qualquer informação. Reconhecendo isto, Jian-Wei Pan sugeriu que as partículas entrelaçadas enviadas pelo espaço podiam aumentar significativamente a distância de comunicação destas partículas.

A bordo do satélite chinês Micius, lançado no ano passado, um laser de alta energia foi disparado através de um tipo especial de cristal, criando pares de fotões entrelaçados. Só isto já é um feito. O processo é sensível a turbulência e, antes de dar início à experiência, os cientistas não tinham a certeza de que iria funcionar. Estes fotões foram transmitidos por estações terrestres em Delingha, no planalto do Tibete, e em Lijiang, no sudeste da China. As cidades estão separadas por cerca de 1200 km, quase a distância entre Nova Iorque e Chicago. Para que se perceba melhor, o método de teletransporte quântico por fibra óptica não conseguiria levar um fotão de Nova Iorque para muito mais longe que Trenton, Nova Jérsia (a cerca de 100 km de distância). 

Vários testes confirmaram que as partículas do satélite Micius ainda estavam entrelaçadas. Agora, Jian-Wei Pan pretende levar a cabo experiências ainda mais ambiciosas, como enviar partículas quânticas da Terra ao satélite, montar um canal de distribuição que irá permitir a transmissão de dezenas de milhares de pares entrelaçados por segundo. “O satélite poderá depois ser realmente usado para comunicação quântica”, indica.

Jian-Wei Pan acrescenta ainda que o satélite Micius pode também ser utilizado para explorar outras questões fundamentais. O comportamento de partículas entrelaçadas no espaço e por vastas distâncias oferece diferentes perspectivas sobre a natureza do espaço-tempo e da validação da Teoria de Relatividade de Einstein. E há ainda a questão do que se estará a passar com estes fotões interligados bizarros.

“Matematicamente, sabemos exactamente como descrever o que se passa”, diz Ghose. “Sabemos ligar, fisicamente, estas partículas em laboratório e sabemos o que esperar quando as geramos, manipulamos e transmitimos.” Mas quanto a como é que isto tudo acontece, como é que os fotões entrelaçados sabem o que o parceiro está a fazer “não faz parte da equação”, acrescenta ela. “É por isso que é tão misterioso e interessante.”

Exclusivo PÚBLICO/The Washington Post

(Tradução de Bárbara Melo)