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Teletransporte: Ciência ou Ficção Científica?

O Teletransporte seria possível de ser realizado?

Se você é fã de Star Trek, já deve ter vislumbrado a possibilidade do teletransporte. Fazer coisas ou pessoas se transportarem instantaneamente de um lugar para outro fascina mesmo quem não curte séries de ficção científica. Experimentos atuais que envolvem emaranhamento quântico e outras técnicas mostram que existe esperança para que o teletransporte saia do campo da teoria e venha a se tornar em um futuro distante um meio de transporte para superar as infinitas distâncias do universo.

Parte I – Teoria Quântica e Teletransporte

A Física Clássica proíbe qualquer possibilidade de teletransporte de matéria, principalmente devido aos modelos pelos quais as leis da física clássica foram baseadas, as quais entendem a matéria como composta de minúsculas esferas rígidas, as quais não se movem se nenhuma força externa atuar e não desaparecem subitamente e aparecem em outro lugar.

Nos anos 1920, no entanto, Erwin Schroedinger juntos com outros físicos “dissidentes” trabalhavam no desenvolvimento da Teoria Quântica e na propriedade dos átomos acabaram constatando que o elétron também pode ter comportamento ondulatório e podiam realizar “saltos” quânticos em seu movimento no átomo. Schroedinger escreveu uma equação (de onda) com o intuito de “manipular” essas “ondas quânticas”, que são uma das mais importantes tanto na física como na química. Sua motivação foi uma pergunta do físico Peter Debye, que o questionou: “se os elétrons são descritos também por ondas, então qual sua equação de onda?”

Quando Schroedinger usou a equação para resolver o átomo de Hidrogênio, ele encontrou nos níveis de energia algo previsto anteriormente por outros físicos. Isso demonstrou uma falha no Modelo Atômico de Bohr. As órbitas do Modelo de Bohr deveriam ser substituídas por ondas cercando o núcleo.

Teletransporte: Ciência ou Ficção Científica?
Magia – ponto-quente (http://ponto-quente.deviantart.com)

Uma outra questão assombrava os físicos da época. Se o elétron é descrito por uma onda, então que tipos de ondas são essas? Max Born, um dos pais da Teoria Quântica respondeu a questão teorizando que as ondas, na verdade, eram ondas de probabilidade. Essas ondas nos informam a chance de encontrar um elétron em um lugar em qualquer instante de tempo. Ou seja, o elétron é uma partícula, mas a possibilidade de encontra-lo é dada pela equação de Schroedinger. Com essa ideia, o conceito de probabilidade foi introduzido na Teoria Quântica.

Foi então que Werner Heisenberg propôs o Princípio da Incerteza, que diz que você não pode saber ao mesmo tempo a velocidade e a posição do elétron. Nem mesmo é possível saber exatamente a energia medida em um pequeno intervalo de tempo. No nível quântico todas as leis básicas de senso comum são violadas: elétrons podem desaparecer e aparecer em lugares diferentes e podem estar em vários lugares ao mesmo tempo.

Assim, a ideia de teletransporte, considerada impossível para as leis clássicas da física seria permitida na mecânica quântica. Entretanto, essa ideia não pode ser generalizada para objetos macroscópicos como pessoas, formados por trilhões e trilhões de átomos. Mas é possível usar as leis da teoria quântica para construir uma máquina de teletransporte como nas histórias de ficção científica? Por incrível que pareça, a resposta é sim.

Parte II – O EXPERIMENTO EPR

A ideia do teletransporte quântico advém de um artigo escrito em 1935 por Albert Einstein, Boris Podolski e Nathan Rosen que propuseram o Experimento EPR (inicial dos nomes dos cientistas) para extirpar a probabilidade da física. Imagine dois elétrons vibrando em uníssono (estado chamado de coerência) eles podem se manter em uma “sincronização” no seu estado de onda, mesmo separados a uma grande distância. Embora esses dois elétrons sejam separados por anos-luz, existe uma função de onda de Schroedinger conectando ambos. Se algo acontece com o primeiro elétron então essa informação é imediatamente transmitida para o outro. Isso é chamado de emaranhamento quântico, o conceito de que partículas em coerência tem uma espécie de conexão (ou variáveis ocultas) ligando ambos.

Vamos voltar ao experimento, adicionando que os elétrons viajam em direções opostas. Cada elétron apresenta uma propriedade chamada Spin. Os elétrons podem ter spin para cima ou para baixo. Supomos que no nosso experimento mental o spin total do sistema seja zero, ou seja, se o spin do primeiro elétron for para cima então automaticamente o spin do segundo elétron será para baixo. De acordo com a teoria quântica antes da medida os elétrons encontram-se num estado em que simultaneamente encontram-se para cima e para baixo. (Ao fazer a medida, a função de onda colapsa, sobrando à partícula um estado definido).

Orbits of an Electron by ThoughtWeaver
Orbits of an Electron by ThoughtWeaver

Ao medirmos o spin do primeiro elétron, digamos que ele tenha um spin para cima. Então instantaneamente você sabe que o spin do segundo elétron é para baixo. Mesmo se os elétrons estiverem separados por muitos anos-luz, você sabe instantaneamente o spin do segundo elétron assim que mede o spin do primeiro elétron. Isso ocorre, pois as funções de ondas dos elétrons estão conectadas por um “fio” invisível. Qualquer coisa que acontece com um elétron tem efeito no outro. É como se uma teia invisível conecta-se pontos distantes no universo, incluindo nós. Einstein chamou isso de “ação fantasmagórica a distância”, e esse fenômeno foi usado para tentar provar que a teoria quântica estava errada, pois um de seus postulados relativísticos afirma categoricamente que nada pode viajar mais rápido que a velocidade da luz.

Entretanto em 1980, Alan Aspect e John Bell realizaram um experimento que consistia em dois detectores separados por 13m, usados para medir spins de fótons emitidos de átomos de cálcio, e os resultados mostraram que a teoria quântica estava correta. Mas a informação pode realmente viajar mais rápido que a luz? Einstein estava errado sobre a velocidade da luz ser o limite de velocidade do universo? Não realmente. A informação viajou mais rápido que a luz, mas era informação aleatória e consequentemente inútil. Não é possível mandar uma mensagem real pelo experimento EPR.

Parte III – Teletransporte Quântico (atualizado)

Em 1993, os cientistas liderados por Charles Bennet na IBM, mostraram ser possível teletransportar objetos de nível atômico usando o Experimento EPR. Eles mostraram que se pode teletransportar todas as informações contidas em uma partícula. Desde então aconteceram teletransporte de fótons até de átomos inteiros de césio. Acredita-se que em algumas décadas os cientistas conseguirão teletransportar a primeira molécula de DNA e o vírus.

Nos experimentos de teletransporte quântico os físicos começam com dois átomos, D e V. Imagine que desejamos teletransportar a informação do átomo D para o átomo V. Para isso, deveremos introduzir um terceiro átomo F, que começa emaranhado com o átomo V, logo F e V são coerentes. Depois o átomo D entra em contato com o átomo F. D escaneia F, e logo, toda a informação contida em D é transferida para F. D e F se tornam emaranhados no processo. Como F e V estão emaranhados inicialmente, a informação de D é transferida para V. Então, o átomo D foi teletransportado para o átomo V, ou seja, a informação contida em D é idêntica a de V.

O teletransporte de partículas já é possível.
O teletransporte de partículas já é possível.

Em 2004 físicos da Universidade de Viena realizaram um teletransporte quântico de partículas de luz em uma distância de 600 metros abaixo do rio Danúbio, usando cabos de fibra ótica. Em 2006 físicos do Instituto Niels Bohr e do Instituto Max Planck realizaram um emaranhamento de um feixe de luz com um gás de átomos de césio. Esse experimento envolvia trilhões de átomos. Então eles codificaram a informação contida em um pulso de laser e foram capazes de teletransportar informações aos átomos de césio distantes a cerca de meia jarda.

Parte IV – Teletransporte sem emaranhamento quântico

Em meados de 2007 alguns cientistas do Centro Australiano de Excelência para Óptica Quântica, propuseram um novo método de teletransporte quântico que não necessitaria emaranhamento quântico. Nesse novo método os cientistas usaram um feixe de átomos de Rubídio e converteram toda a informação em um feixe de luz. Esse feixe de luz foi enviado por um cabo de fibra ótica e depois reconstruíram o feixe original dos átomos em um lugar distante. Com essa técnica, um número maior de partículas podem ser teletransportadas.

A chave para esse método é um novo estado da matéria chamado Condensado de Bose-Einstein que tem uma das temperaturas mais baixas do universo. O Condensado de Bose-Einstein é um milionésimo de um bilionésimo de um grau acima do zero absoluto. Quando certas formas de matéria são esfriadas seus átomos entram em um estado energético muito baixo, fazendo com que todos seus átomos entrem em um estado de coerência. As funções de átomos de todos os átomos se super põem, o que torna o condensado de Bose-Einstein uma espécie de “Super Átomo”, com todos os átomos individuais vibrando em uníssono. Apesar desse estado da matéria ter sido previsto em 1925 por Einstein e Satyendranath Bose só foi recriado experimentalmente em 1995 por cientistas do MIT e da Universidade do Colorado.

No experimento dos cientistas australianos, foi usado um conjunto de átomos de Rubídio no estado de Condensado de Bose-Einstein. Posteriormente, foi usado um feixe de matéria no Condensado de Bose-Einstein. Os átomos do feixe também tendem a diminuir o nível de energia e o excesso de energia é convertido em um pulso de luz. O feixe de luz contém todas as informações quânticas necessárias para descrever o feixe de matéria(ex:localização e velocidade de todos os átomos). Então o feixe de luz se choca novamente com o Condensado de Bose-Einstein, que então converte o feixe de luz no feixe original de matéria. Apesar desse novo método ser muito promissor por não envolver o emaranhamento de átomos, a dificuldade reside na criação de Condensados de Bose Einstein em laboratório.

Uma pergunta provavelmente aparece: Quando conseguiremos teletransportar nos mesmos? Físicos sugerem que em algumas décadas já será possível o teletransporte de moléculas complexas. Mas isso não é nada perto do desafio de teletransportar pessoas. Imagine que os melhores laboratórios do mundo hoje estão criando estados de coerência entre pequenos fótons e alguns átomos individuais. Criar estados de coerência para objetos macroscópicos, como pessoas, ainda demorará alguns séculos.

Diego Maciel

Olá Curumimzada Nerd me chamo Diego Maciel Carneiro sou professor da Seduc-Pa, físico, músico e mega fã de ficção científica.