Duas partículas distantes se comportam como se fossem uma só: o ainda indecifrável emaranhamento quântico

Não nos é estranha a noção de um sistema compartilhado. Acontece com a mãe que pressente o filho acordando antes mesmo de ouvi-lo, com a sincronia entre gêmeos ou com aquela pontada no peito quando algo está errado com um ente querido a quilômetros de distância. Chamamos isso de intuição ou sexto sentido. No reino invisível, esse fenômeno é uma lei física absoluta.

No amor ou em uma amizade profunda, muitas vezes é assim: é difícil explicar quem você é sem mencionar a influência da outra pessoa. Na física quântica — com mais matemática e menos romantismo — isso é chamado de sistema compartilhado. Duas partículas, separadas por milhões de anos-luz, vibram em emaranhamento. O que move uma ressoa instantaneamente na outra.

Este fenômeno é provavelmente o mais estranho da física moderna. Entendemos que, para algo mudar, algo mais precisa tocá-lo ou enviar-lhe um sinal (como luz ou som). Mas o emaranhamento quebra essa regra. Quando duas partículas se emaranham, suas propriedades deixam de ser individuais e são modificadas instantaneamente.

Albert Einstein detestava essa ideia de instantaneidade. Ele a chamava de "ação fantasmagórica à distância". Para ele, a física quântica era incompleta e as partículas deviam ter "instruções ocultas" desde o princípio. Qualquer outra coisa parecia simplesmente absurda.

No entanto, décadas depois, diversos experimentos (como os de Alain Aspect, ganhador do Prêmio Nobel de 2022) demonstraram que essa conexão é real. Mas vamos por partes. Vamos analisar o emaranhamento quântico com um exemplo e ver como ele pode se tornar a melhor ferramenta para proteger sua privacidade digital.

Esquerda ou direita?

Imagine que você tem um par de luvas. Você coloca cada uma em uma caixa e envia uma para a Lua (ou para onde quiser) e fica com a outra. No mundo real (o mundo da física clássica), a luva já está definida como "esquerda" ou "direita" desde o momento em que você a guarda. Mas no mundo quântico, as coisas se complicam.

Enquanto as caixas estiverem fechadas, não há uma propriedade definida (como "esquerda" ou "direita"). Ambas as luvas fazem parte de um único sistema que existe em múltiplas possibilidades simultaneamente. Um pouco como o gato de Schrödinger, não é? Bem, isso se chama superposição, e o sistema poderia ser descrito da seguinte forma:

• Luva na sua caixa = direita, luva na Lua = esquerda

• Luva na sua caixa = esquerda, luva na Lua = direita

Ambas as possibilidades existem simultaneamente. A "identidade" (esquerda ou direita) não é decidida antecipadamente; ela é definida no momento da medição.

Quando você finalmente abre a caixa, o resultado obtido é aleatório. Mas assim que um dos resultados possíveis aparece, o estado completo do sistema é definido.

Se a luva que você vê for para a mão esquerda, a que estiver na Lua será necessariamente para a mão direita, e vice-versa. Sem sinais, cabos, Bluetooth ou Wi-Fi. Elas simplesmente fazem parte do mesmo sistema quântico e, independentemente da distância entre elas, a correlação já está embutida em todo o sistema.

É uma correlação perfeita e instantânea. É assim que o emaranhamento quântico se manifesta. E esse fenômeno é hoje um dos pilares da computação quântica e da criptografia ultrassegura.

O ciber-escudo definitivo

O entrelaçamento funciona como um sistema de alarme perfeito. Na criptografia tradicional, alguém pode espionar sem que você perceba. Mas na mecânica quântica, a segurança se baseia na regra de que "observar um sistema quântico o altera".

Sob a premissa da internet quântica, o remetente e o destinatário compartilham pares de partículas emaranhadas. Essas partículas permitem a geração de uma chave secreta (ou chave de criptografia compartilhada) que existe simultaneamente em ambas as extremidades. É impossível copiar ou medir essa chave sem ser detectado. Se um hacker tentar fazê-lo, sua intervenção altera o estado quântico e quebra a correlação entre as partículas.

Essa alteração introduz "ruído" detectável no sistema e alerta os usuários para que cancelem a transmissão de informações antes que elas sejam expostas. Essa abordagem de "escudo físico" protege as informações até mesmo contra as capacidades dos futuros supercomputadores quânticos. Essa tecnologia já está sendo utilizada em ambientes de alta segurança.

Entrelaçados

Mas, além de suas aplicações tecnológicas, esse fenômeno nos leva à reflexão. Durante o Big Bang, toda a matéria e energia estavam concentradas em um único estado. E especula-se que, de alguma forma, tudo no universo possa reter um certo grau de entrelaçamento residual devido a essa origem comum.

Dessa perspectiva, nada está verdadeiramente sozinho. Somos, em parte, o eco daquilo a que um dia estivemos conectados. E há algo profundamente familiar e esperançoso nessa ideia. Um conforto sereno, não importa quantos quilômetros os mapas nos mostrem hoje.

Referências da notícia

Editorial Nature Photonics. 2022. Celebrating entanglement. Nat. Photon. 16, 811.

Olival Freire Junior. 2022. Alain Aspect’s experiments on Bell’s theorem: a turning point in the history of the research on the foundations of quantum mechanics. Eur. Phys. J. D 76, 248.