Teletransportar é preciso

Antônio Murilo Macedo
13/10/2017

Foto de um grupo de pessoas na “máquina de teletransporte” da Exibição da Star Trek em San Diego, Califórnia, Estados Unidos. [1]
Poucas coisas cativaram mais a imaginação popular do que a ideia do teletransporte, mostrada exaustivamente em seriados e filmes de ficção científica. A imensa fama do bordão “Teletransporte-me, Scotty” do seriado Star Trek da década de 1960 sintetiza bem o apelo universal desta fantasia.  Enquanto o teletransporte de matéria mostrado no Star Trek ainda pertence ao reino da pura ficção, o teletransporte de estados quânticos já é rotineiramente feito em laboratórios em várias partes do mundo cobrindo distâncias cada vez maiores. A principal diferença está no fato de que no teletransporte quântico a transferência é de pura informação, ou seja, para receber o estado quântico (por exemplo um tipo especial de rotação) de um átomo preparado pela técnica Alice no laboratório A, o técnico Beto no laboratório B precisa ter um átomo idêntico que será preparado usando a informação recebida de Alice.

Mas, onde está a surpresa neste tipo de teletransporte? Para que usar a mecânica quântica no processo? Parece óbvio que se Alice sabe preparar o estado do átomo em seu laboratório, ela poderia simplesmente telefonar para Beto e passar as instruções para que ele prepare um estado idêntico. Neste caso, obviamente não poderíamos sequer falar de teletransporte, pois Alice ainda manteria o estado no átomo em seu laboratório. A sutileza do processo aparece quando percebemos que existe um protocolo quântico que permite que Alice de fato teletransporte o estado para Beto. Ou seja, no final do processo o átomo de Alice não estará mais no estado teletransportado. Além disso, o protocolo funciona mesmo que Alice não saiba, nem mesmo em princípio, qual é exatamente o estado que será teletransportado.

O segredo do processo reside em um tipo especial de correlação quântica, denominada entrelaçamento ou emaranhamento, que permite uma conexão lógica entre partículas separadas espacialmente, mesmo que a distância entre elas esteja na escala macroscópica (centenas ou milhares de quilômetros). Uma explicação bem didática para esta correlação quântica foi dada em um artigo anterior [2]. Para usar o protocolo de teletransporte quântico Alice e Beto precisam dividir membros de pares, digamos C1 e C2 de partículas entrelaçadas em contato com seus respectivos átomos e um canal clássico de comunicação (um telefone por exemplo). O protocolo tem apenas 3 etapas: 1) Alice realiza uma medição coletiva do estado de seu átomo e de seu membro C1 do par entrelaçado. Vale ressaltar que esta operação não é suficiente para que Alice saiba o estado de seu átomo. 2) Alice telefona para Beto e informa o resultado da medição coletiva. 3) Beto consulta em uma tabela o tipo de operação local que deve ser feita em seu sistema para que seu átomo receba o estado que estava no átomo de Alice.

Este protocolo tem sido usado com grande sucesso desde a década de 1990 tendo inclusive registros de teletransporte a distâncias acima de 1000 km. Mas, como todo procedimento experimental existem limitações. Uma das mais conhecidas é o problema da fidelidade, ou seja, o estado recebido é ligeiramente diferente do estado original, portanto teletransporte quântico é via de regra imperfeito. Obviamente quanto mais imperfeito o processo, mais ele se parece com o análogo clássico, onde não há compartilhamento de pares entrelaçados. Com base no critério de fidelidade, os físicos descobriram que existem certos tipos de entrelaçamento, denominados de “presos”, onde o protocolo quântico não supera o limiar clássico, ou seja, não há de fato um teletransporte. Foi exatamente neste ponto que houve uma importante contribuição recente que descreveremos a seguir.

Um grupo de três físicos da Espanha e do Reino Unido publicaram um artigo na Physical Review Letters [3] onde descrevem um protocolo que em princípio usa toda informação quântica disponível no experimento de teletransporte para maximizar a fidelidade. Usando este novo protocolo, os autores mostraram que todos os tipos de entrelaçamento produzem canais quânticos de comunicação que são capazes de superar os similares clássicos e, portanto, não seria mais necessário distinguir estados entrelaçados neste aspecto. A ideia principal dos autores é a introdução de um tipo especial de procedimento denominado de “testemunha de teletransporte” que é capaz de distinguir eventos clássicos de eventos quânticos. Desta forma eles são capazes de testar diretamente se o processo poderia ser executado por um protocolo puramente clássico.

No âmbito geral das aplicações tecnológicas de informação quântica, entrelaçamento é visto como um poderoso recurso que habilita a implementação de processos que seriam impossíveis por mecanismos puramente clássicos. O entendimento mais aprofundado de como os vários tipos de entrelaçamento podem ser usados com sua máxima potencialidade em protocolos específicos, como no teletransporte quântico estudado pelos autores do artigo, demonstra que estamos caminhando a passos largos rumo ao entendimento das leis gerais dos processos quânticos. A construção de máquinas quânticas, incluindo computadores, que operem usando recursos, como o entrelaçamento, com máxima eficiência é obviamente o objetivo maior.

[1] Crédito da Imagem: Nathan Rupert (Flickr) / Creative Commons (CC BY-NC-ND 2.0). URL: https://www.flickr.com/photos/nathaninsandiego/2657970111.

[2] AM Macedo. A matéria-prima do espaço-tempo. Saense. URL: http://www.saense.com.br/2017/02/a-materia-prima-do-espaco-tempo/. Publicado em 10 de fevereiro (2017).

[3] D Cavalcanti et al. All Entangled States Can Demonstrate Non-Classical Teleportation.  Phys Rev Lett 119, 110501 (2017).

Como citar este artigo: Antônio Murilo Macedo. Teletransportar é preciso. Saense. URL: http://www.saense.com.br/2017/10/teletransportar-e-preciso/. Publicado em 13 de outubro (2017).

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Antônio Murilo Macedo

Doutor em Física. Professor da Universidade Federal de Pernambuco. Escreve sobre Informação Quântica no Saense.

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