O Teletransporte Ficou mais Fácil

Graças a dois estudos publicados na revista Nature essa semana, as chances de um teletransporte com sucesso aumentaram consideravelmente. Isso é uma coisa boa, certo?

Querendo ou não, você já se imaginou sendo capaz de magicamente desaparecer de um lugar e reaparecer em outro. E a pergunta natural para um físico é se existe alguma maneira de conseguir isso na prática.

Na verdade, algo conhecido como “teletransporte quântico” tornou-se realidade em 1997. Esta primeira demonstração foi com partículas de luz (fótons). Desde então, os cientistas também têm aplicado o teletransporte para outras coisas muito pequenas, como por exemplo para átomos individuais.

Então, quando podemos nos teleportar para qualquer lugar escolhido?

O primeiro passo para teletransportar uma pessoa é medir e registrar a posição, a direção de movimento e de energia de cada partícula no corpo, o que requer um armazenamento de dados de 1.022 gigaytes, de acordo com uma estimativa conservadora. No entanto, não temos nenhum método para fazer essas medições, muito menos reconstruir uma pessoa com base em seus dados. Assim, podemos esquecer o teletransporte de pessoas, por enquanto.

Conhecendo o suficiente – mas não muito

Que tal algo muito simples – como uma única partícula? Um átomo ou um fóton? Como eles podem ser teletransportados?

O problema aqui foi surgiu com o princípio da incerteza de Heisenberg, um dos pilares da mecânica quântica, que limita o que você pode saber.

Pode parecer contra-intuitivo, mas se você tentar medir a posição de um único átomo você vai mudar sua velocidade. Se você descobrir exatamente o quão rápido ele está se movendo, então você não vai saber onde ele está.

O problema é que, se você quiser teletransportar uma partícula, estas são precisamente as informações que você quer medir e transmitir.

Um físico chamaria essas informações de o “estado” da partícula. Se você não pode medir o estado completo da partícula, o teletransporte parece impossível.

Portanto, a chave para o teletransporte é não conhecer tudo. Enquanto as medições que você faz não revelam a posição ou velocidade, então você tem uma brecha que permite contornar o princípio da incerteza.

E se você pudesse perturbar a partícula antes de medi-la? Você nunca saberia o seu estado, mas poderia recriar em outra extremidade o estado original da partícula.

Esta foi a constatação que o físico americano Charles Bennett teve, em 1993. A chave estava em perturbar a partícula que você quer que se teletransporte de um modo particular. Você pode fazer isso usando um par de partículas quânticas emaranhadas.

Estas partículas estão ligadas entre si de modo que se medirmos o estado de uma das partículas do par entrelaçado, a outra partícula do par irá refletir a mudança instantaneamente, não importa a distância que as separe.

Alice e Bob

Na descrição padrão do teletransporte, Alice está teletransportando algo para Bob. Alice usa uma das partículas entrelaçadas para medir o estado da partícula de entrada. Ela registra o que ela mede e envia as informações para Bob.

Bob não pode dizer qual era o estado da partícula, porque o entrelaçamento utilizado na medição esconde a verdadeira natureza do estado.

O que Bob pode fazer, no entanto, é utilizar a informação a partir de Alice para modificar o estado da outra partícula entrelaçada. Desta forma, ele pode recriar o estado exato da partícula que Alice originalmente mediu.

Assim que o teletransporte quântico funciona. A maioria dos experimentos conseguiu teletransportar fótons entre alguns metros, embora uma recente demonstração tenha conseguido teletransportar partículas em uma distância de 143 km, nas Ilhas Canárias.

Segurança

Acontece que o teletransporte quântico não é apenas um bom truque. A natureza da comunicação entre Alice e Bob neste sistema é bastante interessante.

A informação que Alice mediu e enviou para Bob não pode ser usada para recriar o estado sem outra partícula entrelaçada. Isso significa que a intrusa Eva não pode espionar a medição de Alice e obter a informação por si só.

O par entrelaçado é único, portanto, apenas Bob pode recriar o estado original. Imediatamente você tem uma técnica para comunicação segura.

Se você codificar a informação em suas partículas, medi-las com uma parte de um estado emaranhado e, em seguida, enviar as informações para Bob, você tem uma forte criptografia que é assegurada pela física quântica. Você realmente não pode quebrá-la por qualquer meio, a menos que você tenha a outra parte do par emaranhado.

Computação de alta velocidade

O teletransporte tem muitos outros usos em sistemas de informação quântica.

Estes são os métodos propostos para a construção de computadores e redes de comunicação que usam a mecânica quântica como uma parte essencial da sua funcionalidade e têm um enorme potencial para proporcionar comunicações seguras e computação de alta velocidade.

O problema é que toda vez que você deseja mover informação quântica de um lugar para outro em um destes sistemas, você pode não apenas medir as informações e enviá-las para a próxima parte do processo, uma vez que a medida irá destruir a informação. Em vez disso, você pode teleportá-la.

De volta à natureza

Os dois artigos publicados em conjunto na Nature desta semana mostram algo muito importante.

Até agora, o teletransporte de fótons de luz, utilizando o método descrito acima, era probabilístico, porque você não pode sincronizar a chegada dos fótons emaranhados com a chegada do fóton a ser medido.

Na ocasião impar quando os fótons são alinhados, a medida só funcionaria na metade do tempo. Isso significa que cada vez que você tentasse teletransportar suas informações, a técnica só funcionaria muito ocasionalmente – menos do que 1% das tentativas.

Se você tem um monte de circuitos de teletransporte em seu computador quântico ou rede quântica, as chances de eles todos estarem trabalhando juntos tornam-se muito pequenas.

Estas duas experiências mais recentes mostram que teletransporte quântico em dois sistemas diferentes não é mais probabilístico. Em vez disso, pode, em princípio, trabalhar cada vez que um fóton esteja pronto para ser teletransportado.

Um dos novos estudos – realizado por pesquisadores do Japão e da Alemanha – mostra como é possível teletransportar fótons de luz que estão no espectro infravermelho, logo abaixo do comprimento de onda visível ao olho humano.

O outro experimento - conduzido por pesquisadores da Suíça e da Austrália – demonstra o teletransporte de fótons de microondas com frequências entre 4 e 7 GHz.

Embora o teletransporte já não seja mais probabilístico, ainda não é 100% eficiente – uma possibilidade de 40% de sucesso no caso de o sistema ser infravermelho, e de 25% no caso do sistema ser de microondas.