Cientistas alcançaram comunicação quântica contrafatual direta
Cientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China conseguiram alcançar um dos tipos mais estranhos de comunicação quântica, a chamada comunicação contrafatual, em que nenhuma partícula viaja entre dois receptores.
Físicos teóricos haviam proposto há muito tempo que tal forma de comunicação era possível, mas somente em 2017 pesquisadores conseguiram alcançá-la experimentalmente pela primeira vez, transferindo uma imagem bitmap em preto e branco de um local para outro sem partículas físicas.
Comunicação quântica regular x confratual
A comunicação quântica regular, também conhecida como teletransporte quântico, é baseada no princípio do “emaranhamento”: duas partículas se tornam inextricavelmente ligadas, de modo que qualquer coisa que aconteça a uma afetará automaticamente a outra, não importa quão distantes estejam. Cientistas já utilizaram essa técnica para enviar mensagens por grandes distâncias.
Contudo, esse método ainda depende da transmissão de partículas de alguma forma. As duas partículas geralmente precisam estar juntas para serem emaranhadas antes de serem enviadas para as pessoas em cada extremidade da mensagem – ou seja, elas começam em um lugar e precisam ser transmitidas para outro antes que a comunicação possa ocorrer.
Alternativamente, partículas podem ser emaranhadas à distância, mas isso geralmente requer que outra partícula, como um fóton, viaje entre as duas.
A comunicação quântica contrafatual direta, por outro lado, depende de algo diferente do emaranhamento quântico. Em vez disso, usa um fenômeno chamado efeito Zeno quântico.
Efeito Zeno quântico
De maneira simplificada, o efeito Zeno quântico ocorre quando um sistema quântico instável é repetidamente medido.
No mundo quântico, sempre que você olha para um sistema ou o mede, o sistema muda. No caso deste efeito, no entanto, partículas instáveis nunca podem decair enquanto estão sendo medidas, então temos um sistema efetivamente “congelado”.
A comunicação quântica contrafatual é baseada neste efeito e é definida como a transferência de um estado quântico de um local para outro sem qualquer partícula quântica ou clássica sendo transmitida entre eles.
Isso requer um canal quântico entre os dois locais, o que significa que há sempre uma pequena probabilidade de que uma partícula quântica cruze tal canal. Se isso acontecer, o sistema é descartado e um novo é configurado.
O estudo
Para criar um sistema tão complexo, os pesquisadores chineses colocaram detectores de fótons na saída do canal. Por causa do efeito Zeno, o sistema é congelado em um certo estado, então é possível saber qual dos fótons está passando pelo detector que é acionado.
Os cientistas usaram ainda uma série de interferômetros para medir o estado do sistema e garantir que ele não fosse alterado.
No mundo quântico, todas as partículas de luz podem ser completamente descritas por suas funções de onda, e não como partículas. Assim, ao incorporar mensagens à luz, os pesquisadores puderam transmitir essa mensagem sem enviar diretamente uma partícula. A ideia básica para tanto veio da tecnologia de holografia.
“Na década de 1940, uma nova técnica de imagem – holografia – foi desenvolvida para registrar não apenas a intensidade da luz, mas também a fase da luz. Nos perguntamos: a fase da luz pode ser usada para enviar imagens? A resposta é sim”, escreveram os pesquisadores em seu artigo.
Exemplo
Vamos utilizar um exemplo para explicar o funcionamento do sistema: você deseja enviar uma imagem para alguém usando apenas luz. Essa luz age como uma onda, não uma partícula, no reino quântico.
Assim, você transfere um único fóton pelo canal, onde ele pode ser detectado por um de três detectores: D_0, D_1 e D_f.
Se o D_0 ou o D_1 “acenderem”, podemos concluir um resultado lógico de 0 ou 1. Se o D_f acender, o resultado é considerado inconclusivo.
Após a comunicação de todos os bits, a imagem pode ser remontada. No caso desse estudo, um bitmap monocromático de um nó chinês. Os pixels pretos foram definidos como 0, enquanto os pixels brancos foram definidos como 1.
A fase da luz em si se tornou a portadora da informação, e a intensidade da luz foi irrelevante para o experimento.
Aplicações
Este é um grande passo à frente para a comunicação quântica. Além disso, a tecnologia pode ser usada para criar imagens de artefatos antigos e sensíveis que não poderiam sobreviver à luz direta.
Embora promissores, todavia, esses resultados ainda precisam ser verificados por outros estudos para garantir que sejam um exemplo verdadeiro de comunicação quântica contrafatual.
Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista científica Proceedings of National Academy of Sciences. [ScienceAlert]
