Fisica Quantica - Materias

Ação fantasmagórica à distância é 10.000 vezes mais rápida que a luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/04/2013

                     

Para fazer a medição, os físicos criaram feixes de fótons entrelaçados e os separaram a uma distância de 15 quilômetros. [Imagem: Juan Yin et al.]

Difícil até para Einstein

O conceito de entrelaçamento quântico - ou emaranhamento - deixou desgrenhado ninguém menos do que Albert Einstein.

Quando ouviu falar que duas partículas quânticas podiam se entrelaçar, de forma que o que acontecesse com uma afetaria imediatamente a outra, não importando se ambas estivessem em extremos opostos da galáxia, o gênio da física chamou isto de "ação fantasmagórica à distância".

As teorias de Einstein estabelecem um limite máximo de velocidade universal, a velocidade da luz - nada pode superar a velocidade da luz, segundo o paradigma da física atual.

Porém, no caso do entrelaçamento, conforme propõe a mecânica quântica, não se trata nem mesmo de velocidade, mas de instantaneidade.

Embora o entrelaçamento quântico venha sendo demonstrado experimentalmente à exaustão, inclusive em uma versão tripla, poucos se arriscam a especular como é que uma partícula "sabe" o que deve fazer quando sua irmã gêmea sofre uma alteração.

A proposta mais recente fala em influências escondidas, que existiriam além do espaço-tempo.

Velocidade do entrelaçamento quântico

Uma equipe de físicos chineses agora tentou uma abordagem mais experimental.

Eles queriam medir a velocidade com que a ação fantasmagórica à distância é passada de uma partícula para a outra.

E o resultado foi: pelo menos quatro ordens de magnitude mais rápido do que a velocidade da luz.

Uma ordem de magnitude equivale a 10¹ - assim, a velocidade medida foi de 10⁴, ou seja, 10.000 vezes mais rápido do que a velocidade da luz.

Na verdade, não se trata de que alguma coisa esteja realmente viajando a uma velocidade maior do que a velocidade da luz - no entrelaçamento quântico não há troca de informações entre as partículas, ou seja, nada realmente "viaja" de um ponto a outro, as partículas apenas parecem "saber" quando a outra foi afetada.

O que os físicos chineses mediram foi o tempo que separa uma alteração na primeira partícula e a alteração na sua partícula entrelaçada - fazendo as contas, isso equivaleria a uma informação hipotética que viajasse a 10.000 vezes a velocidade da luz entre as duas partículas, se houvesse transmissão de informação.

Ou seja, o experimento nada tem a ver com o fiasco dos neutrinos que não superaram a velocidade da luz, ainda que alguns físicos defendam que superar a velocidade da luz de fato é matematicamente possível.

Os pesquisadores também são cuidadosos em afirmar que esta velocidade está no limite do que o experimento consegue medir com confiabilidade - ou seja, a velocidade é provavelmente muito maior.

    

Diagramas espaçotemporais da medição da velocidade do entrelaçamento quântico. [Imagem: Juan Yin et al.]

Todos com razão

Para fazer a medição, os físicos criaram feixes de fótons entrelaçados e os separaram a uma distância de 15 quilômetros.

São necessários muitos fótons porque a precisão envolvida no experimento é tamanha que até mesmo a rotação da Terra desloca os fótons em distâncias que são significativas nessas escalas temporais.

Para contrabalançar essas influências, os físicos separaram as duas partículas no sentido leste-oeste, e fizeram o experimento continuamente durante 12 horas.

A equipe de Juan Yin, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, é a mesma que recentemente bateu o recorde de distância do teletransporte - em Setembro do ano passado, seu recorde foi superado por uma equipe europeia:

• Novo recorde de teletransporte quântico

Em resumo, apesar de um resultado capaz de fritar neurônios, o experimento não se contrapõe nem à teoria da relatividade de Einstein - porque não há troca de informações entre as duas partículas -, e nem à mecânica quântica.

Na verdade, uma velocidade de 10.000 vezes a velocidade da luz como limite mínimo parece mais uma vez dar razão à mecânica quântica, que continua afirmando que a ação fantasmagórica à distância é instantânea.

• Teorema abala fundações da mecânica quântica

Bibliografia:

Bounding the speed of "spooky action at a distance"

Juan Yin, Yuan Cao, Hai-Lin Yong, Ji-Gang Ren, Hao Liang, Sheng-Kai Liao, Fei Zhou, Chang Liu, Yu-Ping Wu, Ge-Sheng Pan, Qiang Zhang, Cheng-Zhi Peng, Jian-Wei Pan

arXiv

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Teorema abala fundações da mecânica quântica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/11/2011

Representação radial da função de onda de um elétron. [Imagem: NERSC]

Função real

Você já deve estar cansado de ouvir falar que a mecânica quântica pode "interpretar" um átomo, um elétron ou um fóton, por exemplo, como uma partícula ou como uma onda.

Quando as encaram como ondas, os físicos estão falando de uma função de onda, uma descrição matemáticade uma onda, que determina as probabilidades de que as partículas quânticas tenham determinadas propriedades.

A função de onda há muito tempo é interpretada como uma ferramenta estatística que reflete nossa ignorância sobre as partículas quânticas.

Mas agora um trio de físicos ingleses está defendendo a ideia quase chocante de que a função de onda na verdade é algo real, fisicamente real, e não uma probabilidade estatística.

Terremoto na física

Parece que "abalar" as bases da física não é uma expressão suficiente para dar conta do que essa proposta significa: "Eu não quero parecer hiperbólico, mas eu acredito que a expressão 'abalo sísmico' parece se aplicar bem a esse artigo," comentou o professor Antony Valentini, da Universidade Clemson, que não faz parte do trio que está defendendo esta ideia.

Ouvido pela revista Nature, Valentini afirma que este resultado pode ser o teorema geral (relacionado à mecânica quântica) mais importante desde o teorema de Bell.

Em 1964, o irlandês John Stewart Bell demonstrou que, se a mecânica quântica descrevia entidades reais, então ela teria que incluir a misteriosa "ação à distância", os famosos átomos assombrados de Einstein.

Dois sistemas quânticos são preparados independentemente. O estado quântico de cada um, determinado pelo método de preparação, é ou 0 ou positivo. Os dois são postos juntos e medidos. Segundo a nova teoria, o resultado da medição somente pode depender das propriedades físicas dos dois sistemas no momento da medição. [Imagem: Pusey/Barret/Rudolph]

Agora, um novo teorema mostra que, se a função de onda quântica for meramente uma ferramenta estatística, então mesmo os estados quânticos que não estão conectados através do espaço e do tempo - por meio do entrelaçamento quântico - deveriam ser capazes de se comunicar uns com os outros.

Como isso parece ser altamente improvável, Matthew Pusey, Terry Rudolph (Imperial College) e Jonathan Barrett (Universidade de Londres) concluíram que a função de onda não é algo meramente formal, mas um aspecto concreto da realidade.

"Isso arranca fora a obscuridade e mostra que não podemos ter uma interpretação de um estado quântico como algo probabilístico," opinou David Wallace, da Universidade de Oxford.

Consciência quântica

Essa discussão nos leva de volta à geração de gênios que construiu o arcabouço teórico sobre o qual a física navega há quase um século. Nos anos 1920, Niels Bohr e a chamada "interpretação de Copenhague" da física quântica consideraram a função de onda como uma ferramenta computacional.

Einstein concordou com reservas, afirmando que a função de onda também poderia ter algo a ver com uma realidade subjacente ainda desconhecida.

Já Erwin Schrodinger, aquele do gato que fica viva e morto ao mesmo tempo, chegou a considerar que a função de onda era uma realidade física.

Mas o assunto foi varrido para debaixo do tapete desde então.

Segundo Valentini, a interpretação de Copenhague caiu de moda, mas a ideia da função de onda como uma ferramenta estatística voltou a dominar o mundo da física com o advento da teoria da informação quântica.

O novo teorema volta atrás, afirmando que os sistemas quânticos devem "saber" exatamente o estado em que foram preparados - algo como se uma moeda que dê seis caras em cada 10 tentativas tenha uma propriedade física de dar resultados corrompidos, em vez de o excesso de caras ser um mero acidente estatístico.

A propósito, a revista Nature não publicou, apenas comentou o artigo, que está no repositório arXiv, ainda não publicado por nenhuma revista revisada pelos pares.

Bibliografia:

The quantum state cannot be interpreted statistically
Matthew F. Pusey, Jonathan Barrett, Terry Rudolph
arXiv
14 Nov 2011
http://xxx.lanl.gov/abs/1111.3328

On the reality of the quantum state
Matthew F. Pusey, Jonathan Barrett, Terry Rudolph
Nature Physics
Vol.: 8, 476–479
DOI: 10.1038/nphys2309