‘Ação fantasmagórica à distância’ quântica dá a cientistas o prêmio Nobel de física

Eles projetaram experimentos que provaram que as partículas poderiam afetar umas às outras instantaneamente em grandes distâncias.

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O secretário-geral da Real Academia Sueca de Ciências, Hans Ellegren, anunciando os vencedores. (Créditos: TT News Agency/Alamy Stock Photo)

Traduzido por Julio Batista
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O Prêmio Nobel de Física de 2021 foi concedido a três cientistas cujo trabalho foi pioneiro em um dos testes mais fascinantes do mundo da mecânica quântica, contrariando Einstein e descobrindo o estranho fenômeno do teletransporte quântico.

John F. Clauser, Alain Aspect e Anton Zeilinger ganharam o prêmio de 10 milhões de coroas suecas (R$ 4,7 milhões de reais) por “experimentos com fótons emaranhados, estabelecendo a violação das desigualdades de Bell com pioneirismo na ciência da informação quântica”, a Academia Real Sueca de Ciências, que é responsável pela seleção dos laureados com o Nobel de física, anunciou terça-feira (4 de outubro).

O trabalho do trio se concentra no emaranhamento quântico, um processo no qual duas ou mais partículas quânticas são acopladas para que qualquer mudança em uma partícula leve a uma mudança simultânea na outra, mesmo que estejam separadas por distâncias vastas, até infinitas. Esse efeito dá aos computadores quânticos a capacidade de realizar vários cálculos simultaneamente, aumentando exponencialmente seu poder de processamento em relação aos dispositivos convencionais.

Quando as previsões contra-intuitivas propostas pela mecânica quântica – das quais o emaranhamento quântico era uma – foram discutidas pela primeira vez em 1935, nem todos os físicos estavam confortáveis ​​com as implicações. Albert Einstein apelidou o fenômeno de “ação fantasmagórica à distância” e propôs que o efeito realmente ocorria porque as partículas continham variáveis ​​ocultas, ou instruções, que já haviam predeterminado seus estados. Isso significaria que não havia necessidade de teletransporte, afinal.

Os três físicos que ganharam o prêmio de hoje demonstraram que Einstein estava errado. Seus experimentos práticos, construídos sobre fundamentos estabelecidos pela primeira vez na década de 1960 pelo físico teórico John Stewart Bell, mostraram que o mundo físico é melhor descrito não pelo modelo discreto da bola de bilhar da física newtoniana, mas sim por um modelo de partículas semelhantes a ondas que afetam umas aos outras instantaneamente através de enormes distâncias.

“O que hoje é considerado lógico, mensurável e quantificável foi inicialmente debatido por Niels Bohr e Albert Einstein sem termos filosóficos. John Bell transformou o debate filosófico em ciência e forneceu previsões testáveis que lançaram o trabalho experimental”, disse Eva Olsson, membro do comitê do Nobel de Física, durante o anúncio do comitê na terça-feira (4 de outubro). Olsson disse que os três cientistas que receberam o prêmio deste ano “assumiram os desafios os desafios de Bell e os enfrentou em seus laboratórios”.

O trabalho começou em 1972, quando John F. Clauser, um físico americano que agora é o chefe da empresa de pesquisa e consultoria JF Clauser and Associates, e seu colega Stuart Freedman conceberam o primeiro teste das ideias de Bell colidindo átomos de cálcio para emitir pares de fótons emaranhados (partículas de luz) antes de passá-los através de filtros para atingir os detectores. Este experimento mostrou com sucesso que o estado de um fóton dependia de como o outro, no lado oposto do experimento, foi medido e que a mudança ocorreu mais rápido do que a luz poderia viajar. “Ação fantasmagórica à distância” – seus resultados sugeriram – poderia, de fato, ser real.

Mas alguns críticos apontaram brechas no projeto do experimento de Clauser e Freedman. Uma das mais importantes foi que a medição foi pré-definida, com os filtros que faziam com que os fótons escolhessem seu estado sendo fixados antes que as partículas de luz fossem enviadas ao ar. Isso significava que informações ocultas ainda poderiam existir, com os observadores selecionando apenas fótons cujos estados pareciam intimamente ligados e descartando outros que pudessem demonstrar um resultado diferente.

Em 1980, Alain Aspect, físico da Universidade de Paris-Saclay, Paris, refinou o experimento, tornando-o mais eficiente e usando um dispositivo para alternar aleatoriamente a configuração dos filtros para que o resultado de qualquer medição não fosse mais influenciado remotamente pelos experimentadores. Os resultados foram os mesmos de antes. As evidências apontavam esmagadoramente para a mecânica quântica sendo instantânea em seu alcance.

Então, em 1989, o físico austríaco Anton Zeilinger, da Universidade de Viena, construiu sobre essas bases, usando um projeto experimental mais sofisticado para emaranhar vários fótons e até mesmo demonstrando que é possível mover todas as informações sobre uma partícula para outra. Zeilinger também mostrou que o efeito ainda ocorria em distâncias enormes, com partículas emaranhadas a 143 quilômetros de distância ainda se comportando de acordo com as previsões quânticas. Este trabalho permitiu a criação de redes quânticas cada vez maiores, marcando o início dos computadores quânticos poderosos de hoje.

“A ciência da informação quântica é um campo vibrante e em rápido desenvolvimento. Tem implicações amplas e potenciais em áreas como transferência segura de informações, computação quântica e tecnologia de detecção”, disse Olsson. “Suas previsões abriram as portas para outro mundo e também abalou os próprios fundamentos de como interpretamos as medições.”