A física da teletransportação: o emaranhamento e o princípio da incerteza

A física do teletransporte: emaranhamento e o princípio da incerteza

Para um dispositivo realizar o teletransporte ele necessariamente precisa atuar em nível quântico, transportando cada átomo e cada partícula do objeto. Isso além de ser um pesadelo do ponto devista da engenharia é uma dor de cabeça para os físicos e matemáticos pois o mundo quântico ainda não é bem compreendido. Sendo assim, os cientistas precisam ter conhecimento das leis que regem o ultramicroscópico mundo da física quântica para que o teletransporte possa finalmente ser entendido. E é esse o objetivo deste pequeno capítulo, a introdução de conceitos necessários para o entendimento satisfatório do processo do teletransporte.

Erwin Schrödinger foi o criador do conceito de emaranhamento que o definiu como uma capacidade de sistemas quânticos de exibirem correlações que não podem ser explicadas de forma clássica. Schrödinger falando sobre o emaranhamento escreveu: "Quando dois sistemas, cujos estados conhecemos através de seus representantes (funções de onda), entram em interação física temporária devido a forças conhecidas entre eles, e depois de um tempo de influência mútua os sistemas voltam a se separar, então eles não podem ser mais descritos da mesma forma que anteriormente, a saber, associando a cada um deles um representante próprio. Através da interação entre os dois representantes se tornam emaranhados.”

O emaranhamento é uma das propriedades fundamentais da física quântica. Fisicamente o fenômeno do emaranhamento quântico é melhor definido como "uma qualidade de todo sistema físico que não pode ser representado como um produto tensorial simples dos elementos dos espaços de Hilbert multiplicados". Mas o que isso quer dizer?

De forma simplória mas não equivocada o emaranhamento surge a partir da interação entre dois sistemas quânticos que se tornam relacionados, fazendo com que ao falar-se de um seja necessário falar do outro graças a seu profundo estado de ligação. Esses sistemas após tornarem-se emaranhados irão interagir mutuamente entre si, de forma que, ao se alterar um dos estados emaranhados o outro será alterado instantemente devido a não-localidade quântica.

A não-localidade é uma propriedade de sistemas quânticos emaranhados. Responsável pela chamada “ação a distância”, a não-localidade possibilita que dois estados emaranhados troquem informação independemente da distância entre eles. Devido a não-localidade quando em um sistema quântico uma função de onda é colapsada devido ao ato da medição, automaticamente seu estado “parceiro” será também colapsado. Podemos observar isso se tivermos, por exemplo, um par de elétrons entrelaçados e separados por uma grande distância. Ao se alterar as propriedades de um desses elétrons o outro automaticamente perceberá a alteração e mudará suas propriedades para se adaptar a nova situação.

O emaranhamento é fundamental para o teletransporte quântico, uma vez que é este que permite que a informação seja transportada de um sistema para o outro entre sistemas entrelaçados. Enquanto o emaranhamento permite a possibilidade teórica do teletransporte, o próximo item, o princípio da incerteza, dificulta sua existência.

Com o conceito de emaranhamento já bem esclarecido podemos tratar agora do princípio da incerteza. Criado em 1927 pelo físico Wener Heisenberg esse princípio é uma das leis mais fundamentais e importantes do mundo quântico. De forma resumida, ele torna o cálculo simultâneo de duas medidas quânticas impreciso pois quanto maior a precisão da medida, maior a perturbação criada nesse sistema devido a medição. Dessa forma, quando há precisão total o sistema foi totalmente deturpado tornando impossível a extração de qualquer informação útil. Por mais estranho que pareça, o princípio da incerteza não é causado por equipamentos imprecisos ou defeituosos ele é uma propriedade fundamental da natureza e não pode ser descartado.

Quando Heisenberg publicou seu artigo sobre o princípio da incerteza ele, para explica-lo, disse: “Quando mais precisa é a posição, menos preciso é o conhecimento do momentum neste instante, e vice-versa.” O momentum ou momento linear de partícula pode ser obtido através do produto de massa vezes sua velocidade. Em uma experiência hipotética podemos, por exemplo, determinar com precisão a massa de uma partícula porém para isso teríamos que sacrificar toda chance de obter informações sobre a velocidade e localização dessa partícula.

O Teletransporte quântico

Em um experimento padrão de teletransporte os físicos