Cientistas ganham o Prêmio Nobel de Física por provar que Einstein estava errado: WebCuriosos
O prêmio Nobel de física de 2022 foi premiado a um trio de cientistas por experimentos pioneiros em mecânica quântica, a teoria que cobre o micromundo dos átomos e partículas.
Alain Aspect, da Université Paris-Saclay, na França, John Clauser, da JF Clauser & Associates, nos EUA, e Anton Zeilinger, da Universidade de Viena, na Áustria, compartilharão o prêmio de 10 milhões de coroas suecas (US$ 915 mil) “para experimentos com emaranhados fótons, estabelecendo a violação das desigualdades de Bell e sendo pioneiro na ciência da informação quântica”.
O mundo da mecânica quântica parece realmente muito estranho. Na escola, aprendemos que podemos usar equações da física para prever exatamente como as coisas se comportarão no futuro – para onde irá uma bola se a rolarmos colina abaixo, por exemplo.
A mecânica quântica é diferente disso. Em vez de prever resultados individuais, diz-nos a probabilidade de encontrar partículas subatómicas em locais específicos. Na verdade, uma partícula pode estar em vários lugares ao mesmo tempo, antes de “escolher” um local aleatoriamente quando o medimos.
Até o próprio grande Albert Einstein ficou perturbado com isso – a ponto de ficar convencido de que estava errado. Em vez de os resultados serem aleatórios, ele pensava que deviam existir algumas “variáveis ocultas” – forças ou leis que não podemos ver – que influenciam previsivelmente os resultados das nossas medições.
Alguns físicos, entretanto, abraçaram as consequências da mecânica quântica. John Bell, um físico da Irlanda do Norte, fez um avanço importante em 1964, elaborando um teste teórico para mostrar que as variáveis ocultas que Einstein tinha em mente não existem.
De acordo com a mecânica quântica, as partículas podem ser “emaranhadas”, conectadas de maneira assustadora, de modo que, se você manipular uma, você também manipulará a outra de forma automática e imediata.
Se este aspecto assustador – partículas distantes umas das outras influenciando-se misteriosamente umas às outras instantaneamente – fosse explicado pelas partículas que comunicam entre si através de variáveis ocultas, seria necessária uma comunicação mais rápida que a luz entre as duas, o que as teorias de Einstein proíbem.
O emaranhamento quântico é um conceito difícil de entender, essencialmente ligando as propriedades das partículas, não importa a distância entre elas. Imagine uma lâmpada que emite dois fótons (partículas de luz) que se afastam dela em direções opostas.
Se esses fótons estiverem emaranhados, eles poderão compartilhar uma propriedade, como sua polarização, independentemente da distância. Bell imaginou fazer experimentos com esses dois fótons separadamente e comparar os resultados deles para provar que estavam emaranhados (verdadeira e misteriosamente ligados).
Clauser colocou em prática a teoria de Bell numa época em que fazer experimentos com fótons únicos era quase impensável. Em 1972, apenas oito anos depois da famosa experiência mental de Bell, Clauser mostrou que a luz podia de facto estar emaranhada.
Enquanto Resultados de Clauser foram inovadores, havia algumas explicações alternativas e mais exóticas para os resultados ele obteve.
Se a luz não se comportasse exatamente como os físicos pensavam, talvez os seus resultados pudessem ser explicados sem emaranhamento. Essas explicações são conhecidas como lacunas no teste de Bell, e a Aspect foi a primeira a contestar isso.
A Aspect elaborou um experimento engenhoso para descartar uma das lacunas potenciais mais importantes no teste de Bell. Ele mostrou que os fótons emaranhados no experimento não estão realmente se comunicando entre si por meio de variáveis ocultas para decidir o resultado do teste de Bell.
Isso significa eles realmente estão assustadoramente ligados.
Na ciência é extremamente importante testar os conceitos que acreditamos serem corretos. E poucos desempenharam um papel mais importante nisso do que a Aspect. A mecânica quântica foi testada repetidas vezes ao longo do século passado e sobreviveu ilesa.
Tecnologia quântica
Neste ponto, você pode estar perdoado por se perguntar por que é importante o comportamento do mundo microscópico ou por que os fótons podem estar emaranhados. É aqui que a visão de Zeilinger realmente brilha.
Certa vez, aproveitamos nosso conhecimento da mecânica clássica para construir máquinas e fabricar fábricas, levando à revolução industrial. O conhecimento do comportamento da eletrônica e dos semicondutores impulsionou a revolução digital.
Mas compreender a mecânica quântica permite-nos explorá-la, para construir dispositivos capazes de fazer coisas novas. Na verdade, muitos acreditam que isso impulsionará a próxima revolução, da tecnologia quântica.
Emaranhamento quântico pode ser aproveitado na computação processar informações de maneiras que não eram possíveis antes. A detecção de pequenas mudanças no emaranhamento pode permitir que os sensores detectem coisas com maior precisão do que nunca.
A comunicação com luz emaranhada também pode garantir segurança, pois medições de sistemas quânticos podem revelar a presença do bisbilhoteiro.
O trabalho de Zeilinger abriu caminho para a revolução tecnológica quântica, mostrando como é possível ligar uma série de sistemas emaranhados, para construir o equivalente quântico de uma rede.
Em 2022, estas aplicações da mecânica quântica não são ficção científica. Temos o primeiro computadores quânticos. O satélite Micius usa emaranhamento para permitir comunicações seguras em todo o mundo. E sensores quânticos estão sendo usados em aplicações que vão desde imagens médicas até detecção de submarinos.
Em última análise, o painel do Nobel de 2022 reconheceu a importância das bases práticas que produzem, manipulam e testam o emaranhamento quântico e a revolução que está a ajudar a impulsionar.
Fico feliz em ver esse trio recebendo o prêmio. Em 2002, iniciei um doutorado na Universidade de Cambridge inspirado no trabalho deles. O objetivo do meu projeto era fazer um dispositivo semicondutor simples para gerar luz emaranhada.
Isso simplificaria muito o equipamento necessário para fazer experimentos quânticos e permitiria a construção de dispositivos práticos para aplicações do mundo real. Nosso o trabalho foi um sucesso e me surpreende e me emociona ver os avanços e avanços que foram dados no campo desde então.
Roberto JovemProfessor de Física e Diretor do Lancaster Quantum Technology Centre, Universidade de Lancaster
Este artigo foi republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
