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Primeira partícula quântica teletransportada para o espaço com sucesso; os transportadores são os próximos?

Três membros da tripulação de Star Trek descendo da nave. Se um transporte de informações quânticas de planeta para nave foi bem-sucedido, os seres humanos poderiam ser os próximos? Crédito da imagem: CBS Photo Archive / Getty Images.

Com o teletransporte quântico ocorrendo agora da Terra para os satélites, quanto tempo leva até que possamos teletransportar um ser humano?

Não haveria Star Trek a menos que houvesse falhas no transporte.
– LeVar Burton

A ideia de teletransporte existe na ficção e na mitologia há mais de mil anos. Enquanto Jornada nas Estrelas pode tê-lo tornado popular e famoso, pode ser encontrado na obra de Shakespeare A tempestade , na história de Aladim de As noites árabes , e até mesmo no Talmude judaico. No entanto, a ciência moderna não conseguiu trazer esse sonho de ficção científica para o mundo real, pois as complexidades da mecânica quântica apresentaram obstáculos intransponíveis. Mas para partículas individuais, o teletransporte quântico é um fenômeno muito real. Pela primeira vez, o teletransporte quântico agora ocorreu da Terra para um satélite no espaço . Mas os transportadores são uma possibilidade real? Vamos ver o que a ciência tem a dizer.

Ao criar dois fótons emaranhados de um sistema pré-existente e separá-los por grandes distâncias, podemos ‘teleportar’ informações sobre o estado de um medindo o estado do outro, mesmo de locais extraordinariamente diferentes. Crédito da imagem: Melissa Meister, de fótons de laser através de um divisor de feixe.

Imaginar um transportador em um mundo sem mecânica quântica é muito simples:

• Você aprende as posições, ligações, interações e movimentos inerentes de todas as partículas que compõem seu objeto.
• Você desmonta seu objeto original e o decompõe nas partículas individuais que o compõem.
• Você então pega todas essas partículas e as move para o destino, ou pega o número certo de partículas idênticas e indistinguíveis já no destino e se prepara para a remontagem.
• Com todas essas informações intactas, você as remonta, produzindo uma versão final recortada e colada idêntica à original.

Infelizmente, nosso mundo tem mecânica quântica, o que torna as coisas muito mais complicadas.

Uma ilustração entre a incerteza inerente entre posição e momento no nível quântico. Crédito da imagem: E. Siegel / usuário do Wikimedia Commons Maschen.

Uma das regras mais importantes e fundamentais do Universo é que existe uma incerteza inerente associada ao conhecimento da posição e do momento de qualquer partícula individual. Quanto melhor você medir uma dessas grandezas, mais ambíguo será seu conhecimento da outra. Este princípio é conhecido como o princípio da incerteza de Heisenberg, e não há como contorná-lo. É impossível conhecer a posição e o momento de uma partícula ao mesmo tempo, muito menos de várias partículas ao mesmo tempo. Sem essa informação, você não tem como saber o estado quântico de uma partícula, então parece que um transportador seria impossível.

Se duas partículas estão emaranhadas, elas têm propriedades de função de onda complementares, e a medição de uma determina as propriedades da outra. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons David Koryagin.

É aí que entra o teletransporte quântico. O teletransporte quântico é um fenômeno real , mas na verdade não transporta ou teletransporta nenhuma partícula. Em vez disso, o que é transferido de um lugar para outro são as informações inerentes a um estado quântico indeterminado, que é exatamente o que você precisa para chegar ao seu destino! A maneira como isso funciona é através de pares de partículas emaranhadas. Pegue duas partículas emaranhadas, envie uma para o destino desejado e você pode usar o teletransporte quântico para enviar informações sobre o estado na origem para o destino, mesmo sem saber ou determinar as informações sobre o estado da origem.

Essa descoberta, de que você pode mover informações sobre um estado para outro local, foi feita em 1993 pela equipe de Charles H. Bennett, Gilles Brassard, Claude Crépeau, Richard Jozsa, Asher Peres e William K. Wootters em seu artigo, Teletransportando um estado quântico desconhecido através de canais duplos clássicos e Einstein-Podolsky-Rosen .

Teletransporte quântico, um efeito (erroneamente) apresentado como uma viagem mais rápida que a luz. Na realidade, nenhuma informação está sendo trocada mais rápido que a luz. Crédito da imagem: American Physical Society.

O fenômeno do teletransporte quântico é conhecido há décadas e foi confirmado experimentalmente em muitas circunstâncias diferentes. No entanto, sua utilidade tem sido limitada:

• só funciona em partículas simples;
• nada material se move de um lugar para outro;
• os fótons trocados precisam viajar da fonte ao destino;
• e eles são limitados pela distância que você pode transportar um fóton sem perder seu sinal.

Mesmo aproveitando o emaranhamento quântico, deve ser impossível fazer melhor do que adivinhar aleatoriamente quando se trata de saber o que a mão do dealer segura. Você pode, no entanto, enviar a informação de um estado indeterminado para um destino, onde permanece indeterminado mesmo que você mantenha a ‘chave de resposta’ na origem. Crédito da imagem: Maksim / CSTAR do Wikimedia Commons.

Anteriormente, esse limite significava que alguns quilômetros eram o máximo que você poderia ir. Transferir fielmente a informação de um estado quântico desconhecido para outro local é uma tremenda capacidade, mas era muito limitada em alcance para, digamos, alcançar uma nave espacial. Mas é por isso que o novo avanço é tão espetacular . Ao estabelecer um link de canal da Terra para um satélite, a maior parte do transporte é através do espaço vazio, portanto, praticamente não há perda de sinal. Como relata a nova publicação:

Relatamos o primeiro teletransporte quântico de qubits de fóton único independentes de um observatório terrestre para um satélite de órbita baixa da Terra - através de um canal up-link - com uma distância de até 1400 km.

Satélites GPS, como o Bloco II-F mostrado aqui, são indispensáveis ​​na vida cotidiana, desde serviços de mapeamento até rastreamento de localização para encontrar o Pokémon mais próximo. Adicionar o teletransporte quântico a uma rede de satélites poderia criar a primeira internet global quântica. Crédito da imagem: National Aeronautics and Space Administration.

Com fótons suficientes, não há razão para acreditar que você não poderia codificar as informações contidas na combinação macroscópica final de estados quânticos: um ser vivo inteiro. Infelizmente, ter a informação para codificar um ser humano e praticamente ser capaz de construir um ser vivo a partir de um conjunto bruto de partículas são duas coisas completamente diferentes. O desafio que não temos como enfrentar, no momento atual, é reconstruir essa questão no estado final. Saber qual é o estado de informação de um ser humano – incluindo todas as suas partículas componentes – é uma questão, mas reconstruir esse ser humano é outra coisa completamente diferente.

Um tiro de ação de um tripulante pego no meio do transporte. Crédito da imagem: CBS Photo Archive/Getty Images.

Se tivermos sorte, usando o teletransporte quântico, uma única partícula transferida pode codificar informações suficientes para dizer o que você precisa saber sobre uma única partícula em um ser humano. Mas a situação pode se complicar muito rapidamente, pois Notas de Chad Orzel :

tem algo como cem bilhões de neurônios em um cérebro humano, e cerca de um cem trilhões de conexões entre eles . Isso é cerca de 2^100.000.000.000.000 estados possíveis para se preocupar, ou aproximadamente 10^30.000.000.000.000. Isso é consideravelmente mais estados do que partículas no universo conhecido, e se você precisar de um par emaranhado para teletransportar cada um deles (como uma estimativa aproximada), bem, digamos que as chances não são muito boas.

O Four Qubit Square Circuit da IBM, um avanço pioneiro em computação, pode levar a computadores poderosos o suficiente para simular um Universo. Crédito da imagem: pesquisa da IBM.

Esse novo avanço poderia, potencialmente, ser incrivelmente útil ou mesmo revolucionário na construção de uma internet quântica, que levaria o poder da computação a um nível totalmente novo. Mas transportar um ser humano vivo exigiria transportar muito mais do que apenas a informação que codifica uma pessoa. O problema da informação pode, de fato, ser solucionável, se pudermos reduzi-lo a exigir apenas o mesmo número de partículas que compõem um ser humano. Mas construir um ser humano inteiro a partir do zero – para não dizer nada sobre se aquele ser humano no destino é mesmo a mesma pessoa com quem você começou na fonte – é um problema completamente diferente. Até que tenhamos uma solução para isso, um Jornada nas Estrelas transportador de estilo, mesmo que seja muito apresentado no meu próximo livro, Treknology , está tão longe no reino da ficção científica como sempre esteve.

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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