Corrida espacial por um satélite quântico

teletransporte_quantico

Não é só podermos ter teletransporte como em Star Trek, mas abrem-se possibilidades de termos satélites que utilizam o teletransporte quântico para enviar dados com fotões emaranhados para qualquer parte do mundo. Será que teremos comunicação “instantânea”?

Após o artigo do Manel Rosa Martins a explicar esta “magia” (na verdade: ciência), li um artigo que me parece muito interessante.
O artigo é da Inside Science News Service, foi escrito por Joel Shurkin, e encontra-se aqui.
Ele foi traduzido pela Scientific American Brasil, aqui.

“Satélites poderiam ser usados para enviar poderosas chaves de encriptação de dados que usam fótons emaranhados. O vácuo do espaço poderia resolver o problema da distância encontrado em enviar sinais quânticos na Terra”

Este é um dos temas em destaque na edição especial da revista Physics World.


“Cientistas estão tentando criar uma rede espacial quântica de comunicações que poderia permitir transmissões impossíveis de monitorar.
Ao fazer isso, eles podem tornar possível que alguém chamado Scotty [Scotty é o engenheiro da série Jornada nas Estrelas, que cuida do teletransportador da Enterprise] realmente teletransporte informações no espaço.

Seria ‘fantasmagórico o suficiente’ para assustar Albert Einstein, brinca Thomas Jennewein, da University of Waterloo, em Ontário, um dos principais pesquisadores do campo. [no original ‘it would be enough “to spook” Albert Einstein’ é uma referência ao que Einstein chamou de ‘spooky action at a distance’, uma das propriedades da mecânica quântica – o emaranhamento. Em português, a expressão é classicamente traduzida como ‘ação fantasmagórica à distância’]

A pesquisa de encriptação poderia ter implicações práticas imediatas. O processo faria uso de fótons emaranhados, que Einstein – que resistiu às consequências da teoria quântica até morrer – chamou de “ação fantasmagórica à distância”.

“Se conseguirmos usar correlações entre fótons emaranhados para estabelecer uma chave [de encriptação] quântica, ela poderia ser usada para comunicações seguras”, observa Jennewein.

Einstein e dois colegas teorizaram, em 1935, que se você tiver dois sistemas quânticos interagentes, como dois átomos em uma molécula, e depois separá-los, ele permaneceriam emaranhados, o que significa que suas propriedades estariam inextricavelmente ligadas. Medir um átomo instantaneamente produziria uma modificação no outro, não importando o quanto estivessem distantes entre si.

Einstein acreditava que havia um limite de velocidade universal: como nada poderia viajar mais rápido que a luz, ele achava que essa comunicação – “ação fantasmagórica” – seria impossível.

Mas em 1972 um grupo de cientistas norte-americanos mostrou que é exatamente isso que acontece, pelo menos nas curtas distâncias de seu experimento de laboratório.

Décadas antes, outro gigante da física, Werner Heisenberg, propôs em seu famoso princípio da incerteza que o simples observar de uma partícula, ou qualquer perturbação, modifica suas propriedades e – de acordo com a teoria quântica – instantaneamente modifica as de seu gêmeo emaranhado.

A encriptação comum envolve o uso de chaves, séries de números e letras que codificam e decodificam mensagens. O remetente tem uma chave que encripta a mensagem; a pessoa recebendo a mensagem tem outra, que a decodifica.

Cientistas podem imaginar o envio de feixes de sinais quânticos de um lugar a outro para produzir chaves de encriptação, mas há um problema.

Sinais de comunicação quântica não são capazes de viajar muito na Terra. O recorde atual é de 142km, estabelecido nas Ilhas Canárias por Jennewein e sua equipe, então na Universidade de Viena. O problema é a perda da transmissão ou sua dispersão na atmosfera.

Nem mesmo o uso de cabos de fibra-ótica é solução, de acordo com Josua Bienfang, do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, outro especialista no campo. As chances de um único fóton viajar com segurança por mais de 400km em um cabo de fibra-ótica são baixas, observa ele.

É por isso que Jennewein e outros pesquisadores estão pensando no espaço, onde os feixes não se dispersariam no vácuo. Seu laboratório, entre outros, já produziu um projeto de satélites que testariam essa ideia.

Jennewein descreve um sistema em que um dispositivo em um satélite cria pares de fótons emaranhados e simultaneamente transmite um membro de cada par para duas estações terrestres em feixes de milhões de fótons, todos emaranhados em estados quânticos. Isso significa que as duas estações teriam a mesma chave.

As duas estações iriam compará-las. Se as transmissões não tivessem sido interceptadas ou modificadas por um espião, as chaves seriam idênticas. Em seguida o remetente poderia enviar uma mensagem encriptada da maneira convencional sabendo que ninguém está ouvindo.

Mas, se houver qualquer alteração nas chaves, o que aconteceria se alguém interceptasse a mensagem com a chave, a teoria de Heisenberg entraria em ação, e os fótons seriam alterados. As duas partes saberiam da existência de um espião, e ou reenviaram as chaves, ou tentariam outro sistema.

Várias corporações e instalações de pesquisa do governo ao redor do mundo estão trabalhando em sistemas de satélites semelhantes.

“Além disso, experimentos de ‘teletransporte quântico’ de longa distância poderiam ser conduzidos – os primeiros passos para a realização do famoso ‘Me teletransporte, Scotty’ podem estar apenas alguns anos no futuro”, escreveu Jennewein na revista “Physics World”. No teletransporte quântico, os objetos em si não são movidos. Em vez disso, sua informação – codificada em um estado quântico – desaparecia de uma partícula na Terra e reapareceria em uma partícula no espaço.

O esquema exigiria três fótons, explica Jennewein. Um, o fóton de entrada, para ser teletransportado, e dois outros, emaranhados e separados.

“O fóton de entrada é correlacionado com um dos emaranhados, e portanto seu estado quântico é completamente transferido para o outro fóton emaranhado, que pode estar distante”, explica Jennewein. “O fóton final é o novo ‘original’, e os fótons iniciais perdem totalmente suas informações”.

Um benefício adicional de desenvolver um sistema de satélites quânticos é que eles permitiriam que físicos testassem a teoria quântica em distâncias muito maiores.”

7 comentários

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  1. Nunca ninguém explicou realmente os motivos de porque este fenômeno existe.
    Eu alaborei uma teoria, se ela estiver certa no momento que domarmos o entrelaçamento quantico não poderia ser utilizado da forma como proposto no tópico.
    Mas por outro lado a explicação em si da existência deste fenômeno seria devido ao fato que as partículas estariam separadas “somente neste universo” e não “num outro”.
    Daí já neste caso, domando as tecnologias derivadas deste conhecimento, poderíamos realmente proporcionar um tele-transporte.
    Ocorreria transferindo um corpo para este outro universo que não teria uma configuração dimencional como a nossa e inclusive não teria referências geográficas como as nossas.
    Mas também não seria assim, porque no caso não é um caso de transferir um corpo para outro universo, porque oq ocorreria é que estamos sempre nestes dois universos, mas parte aqui e parte lá, inclusive tendo nossas subpartículas eternamente intercalando entre os dois universos.
    Então para causar um tele-transporte, teríamos que cooredenar toda nossa matéria para estar somente no outro universo e depois retornar no nosso.
    Isto por sí só seria um tele-transporte,
    Porque no momento que retornassemos para nosso universo, estaríamos numa outra posição geográfica.
    Porque os dois universos não tem a mesma configuração geográfica como disse.
    Mas existe algo que pode nos auxiliar nesta é que existiria ainda um outro universo, que incorporaria estes dois.
    E este teria menos características dimencionais ainda.

    Mais detalhes sobre esta minha teoria aqui
    http://forum.intonses.com.br/viewtopic.php?f=77&t=147809

    • Manel Rosa Martins on 20/04/2013 at 20:45
    • Responder

    Sim, é exacto, o estado, que chamamos ket, duma partícula tem sempre o seu oposto na partícula entrelaçada.

    Exemplo, num sistema entrelaçado a Partícula A tem spin up e Partícula B spin down.

    Quando se quebra o entrelaçamento, pela observação da partícula (isso significa atirar-lhe com uma luz, uma partícula de luz, portanto 1 fotão) para cima da Partícula A, esta altera o seu spin por troca com a Partícula B.

    Atribui-se um valor de:

    Spin Up = 1= verdadeiro
    Spin Down = 0 = Falso

    E independentemente da distância ou do tempo estabelece-se uma troca de informação que escrevemos ( antes do entrelaçamento se quebrar) e que voltamos a escrever quando observamos o entrelaçamento

    Assim. Sistema Entrelaçado Partícula A Verdadeiro ou 1, entrelaçado Partícula B Falso ou 0.

    Depois; quebra de entrelaçamento. Partícula A 0 ou Falso e Partícula B passa a 1 ou verdadeiro.

    Assim é certo que apenas se transmite (to convey) os dados relativos os estado das partículas, ou, agora de sistemas atómicos chamados ensembles.

    Mas como isso é suficiente para se transmitir uma alteração entre 0 e 1 é o suficiente para se transmitir toda a informação.

    Isso aí é exactamente igual aos computadores de hoje.

    O entrelaçamento fica um pouco mais fácil de entender (enfim, de se conceber coisa tão bizarra) quando se verifica como funcionam os computadores e a Internet de hoje, que é por código binário, de 0 e de 1.

    O que é muito difícil de aceitar é que essa transmissão não tem limite teórico de distância e poderá ser instantanea, sim, é o telefonema para Andrómeda que o Kelvin Pail usou como exemplo.

    No post dos Ensemble pode ver mais detalhes e ter em conta a sua mnuito boa noção que se está apenas a dar os primeiros passos, que as dificuldades são dantescas.

    Cumprimentos. 🙂

    1. Obrigado pela resposta, Manel!

      Pela leitura rápida da sua mensagem, entendi que, então, sim,é possível criar um sistema de comunicação quântica pelo Entrelaçamento, mas ninguém tem certeza do quão “instantâneo” ele seria, e se teria um limite?

      O link com o seu artigo que o Carlos passou está offline, quando ele passar de novo, eu dou uma lida com mais calma.

      Mas realmente o fenômeno é absurdo de fantástico. Eu lembro que ouvi falar da possibilidade de usar o Entrelaçamento em comunicações ultradistantes no jogo Mass Effect 2. Ok, não o melhor exemplo rsrsrs, mas a explicação [veja o video] era exatamente do que eu entendia sobre o Entrelaçamento, o que me deixou confuso quando procurei mais informações e descobri que na verdade não daria para fazer um sistema como o exposto na história do jogo de sci fic. Parece-me, agora, que sim, seria possível construir um. Estou certo?

      https://www.youtube.com/watch?v=vFGyvsBRujY

  2. Carlos, ultimamente não estou com muito tempo para ler artigos e notícias na Internet, muito menos comentar hehehe, mas essa notícia aqui vai ter que ser exceção.

    Eu ouço falar sobre Entrelaçamento Quântico faz, acredito, mais de 7 anos (?); salvo engano, devo ter lido sobre isso primeiramente no site Inovação Tecnológica, e de lá para cá em todo lugar sempre vejo que estão conseguido aumentar a distância do fenômeno cada vez mais.

    Mas uma coisa que eu realmente não consegui entender de jeito nenhum é: Entrelaçamento quântico realmente poderia, uma vez “domado” num futuro não muito distante, servir para comunicações a longas distâncias de maneira virtualmente instantânea?

    Aquele exemplo que “sempre falam”: um átomo aqui entrelaçado com outro em Andrômeda podeira enviar seu estado quântico para o outro, a mais de 2 milhões de anos-luz, de forma praticamente instantânea. Isso é possível pelo que entendi, mas o que sempre explicam depois é que não há transferência de informações [do tipo que se poderia enviar uma mensagem], mas apenas o estado quântico. Conclusão: sem comunicações intergaláticas ou interplanetárias em tempo real.

    Como é isso? É algo que me agoniza profundamente, na curiosidade natural, e até agora não encontrei um texto claro o suficiente para separar esses dois cenários e dizer o que é possível e o que é um interpretação “equivocada” do fenômeno.

    Pelo que entendi no final deste artigo, seria possível enviar mensagens/informações, mas desde que alguém “construísse a linha de saída e de chegada”. Seria isso?

    Eu não deveria estar lendo e comentando sobre esses temas “paralelos” por causa de outras tarefas e estudos mais urgentes, mas não posso perder essa chance =D

    1. Olá Kelvin,

      Eu também não serei a melhor pessoa para lhe explicar porque não sou físico de partículas 😉
      Mas vou-lhe sugerir este artigo do Manel Rosa Martins, ele sim física de partículas:
      http://www.astropt.org/2013/04/17/teletransporte-quantico-de-dados-dum-ensemble-de-atomos-para-outro/

      Se bem entendi, através da informação do estado quantico, pode enviar código binário, e assim enviar toda a informação que quiser 😉

      abraços!

        • Kelvin Paul on 24/04/2013 at 17:08

        Obrigado, Carlos!

        Quando sobrar mais tempo vou dar uma pesquisada melhor para “entender” de vez o Entrelaçamento 😉

        Carlos, o link com o artigo do Manel está offline, vocês tem ele na íntegra?

        Abraço!

      1. Já dá 😉

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