Emaranhamento
Aula 4 de 23 do curso “Quântica”. Grátis, com animações e teste.
Um par com um estado para os dois
Emaranhamento é quando duas partículas não têm estados separados, só um estado compartilhado. Exemplo: um par de qubits em que cada um sozinho é 50/50, mas as respostas sempre batem. Você mede o primeiro e dá 0. O segundo, mesmo a mil quilômetros, também dará 0. Cada resposta é aleatória, mas a ligação entre elas é de ferro. O emaranhamento é o principal recurso de um computador quântico: sem ele, os qubits seriam só um monte de moedas separadas.
E se forem só meias?
O físico Reinhold Bertlmann sempre usava meias diferentes. Viu que a esquerda é rosa e na hora você sabe que a direita não é. Sem mágica: ele escolheu as cores de manhã, você só descobriu. Em 1935 Einstein pensava que com partículas é igual: as respostas vêm prontas de antemão, e a teoria quântica é incompleta. Ele chamou a ligação instantânea a distância de “ação fantasmagórica a distância”. Para saber quem tinha razão, era preciso um teste esperto. Ele veio 30 anos depois.
O teste de Bell: a natureza contra as meias
Em 1964 John Bell criou um teste. Dois jogadores recebem cada um uma partícula e uma pergunta aleatória, sem poder conversar. Se as respostas vêm prontas, como as cores das meias, dá para ganhar no máximo 75% das rodadas. Com partículas emaranhadas, sai cerca de 85%. Os experimentos mostraram várias vezes mais de 75%, e em 2015 em Delft fecharam as últimas brechas. Em 2022 Aspect, Clauser e Zeilinger ganharam o Nobel por isso. Einstein errou: não há respostas prontas.
Um mensageiro mais rápido que a luz? Não
Se a ligação é instantânea, dá para mandar mensagens mais rápido que a luz? Não. Alice mede sua partícula e vê 0 e 1 aleatórios. Bob também vê 0 e 1 aleatórios. Alice não consegue influenciar o que sai para Bob. As coincidências só aparecem quando eles comparam anotações, e para isso precisa de um canal comum: ligação, internet. Então o emaranhamento não quebra as regras de Einstein sobre a velocidade da luz. Se um reels promete um “mensageiro quântico sem atraso”, é fake.
Emaranhamento pelo espaço
2017. O satélite chinês Micius, a 500 km de altura, enviou fótons emaranhados para duas estações nas montanhas da China, a 1.203 km uma da outra. Os pares mantiveram a ligação, e o teste de Bell passou de novo. Com o mesmo satélite fizeram uma videochamada Pequim–Viena com uma chave de criptografia criada de forma quântica. É a distribuição quântica de chaves: se alguém escuta, a medição deixa rastro e a escuta aparece. Bancos e redes de governo na China e na Europa já testam redes assim.
Teste-se
- Alice mediu sua partícula e obteve 1. O que Bob vai obter?
Resposta certa: Também 1. O par compartilha um estado: “as respostas batem”. A distância não importa: o resultado de Bob vai bater com o de Alice. - Dá para mandar uma mensagem instantânea com emaranhamento?
Resposta certa: Não: cada lado sozinho vê só ruído. Alice não controla o que sai. As coincidências só aparecem depois de comparar anotações por um canal comum, que não é mais rápido que a luz. - O que os experimentos do teste de Bell provaram?
Resposta certa: As respostas não vêm prontas nas partículas. Com uma “cola” pronta, o máximo é 75% de vitórias. Partículas emaranhadas dão cerca de 85%, e os experimentos confirmaram. Foi por isso o Nobel de 2022.