Pergunte a Ethan: É possível usar o entrelaçamento quântico para enviar mensagens mais rapidamente que a luz?

Conceito de vela solar japonesa IKAROS em um sistema remoto de estrelas

Já discutimos o projeto de Yuri Milner e Stephen Hawking, Breakthrough Starshot , para enviar uma nave espacial para outro sistema solar localizado em nossa galáxia. E embora um gigantesco conjunto de lasers possa, em princípio, enviar navios leves do tamanho de um microchip para outra estrela a uma velocidade de 20% da velocidade da luz, não está claro como esses dispositivos, privados de fontes de energia, nos transmitirão mensagens através de vastos espaços. Olivier Manuel acredita que encontrou uma saída:

Essa é uma suposição ousada, mas é possível usar o entrelaçamento quântico para transmitir mensagens?

Vale a pena considerar essa oportunidade. Vamos dar uma olhada nessa ideia.



Imagine que você tem duas moedas, cada uma das quais pode ser desenhada por cara ou coroa. Um está com você, o outro está comigo, e estamos muito distantes. Jogamos, pegamos e colocamos sobre a mesa. Quando olhamos para a moeda, esperamos que cada um de nós tenha 50/50 de chance de abrir a águia e 50/50 para a coroa. No universo comum e desembaraçado, nossos resultados com você não dependerão um do outro. Se você conseguir uma águia, ainda tenho 50% de chance de conseguir uma águia ou coroa. Mas, em circunstâncias especiais, os resultados podem ser confusos, ou seja, quando você solta uma águia, pode ter 100% de certeza de que eu tenho rabos - mesmo antes de eu deixar você saber. Você saberá isso instantaneamente, mesmo se houver anos-luz entre nós.


Teste quântico-mecânico de Bell para partículas com spin meio inteiro

Na física quântica, não são as moedas que ficam confusas, mas as partículas individuais, elétrons ou fótons, e então, por exemplo, cada um dos fótons tem um giro de +1 ou -1. Se você medir o giro de um deles, poderá reconhecer imediatamente o giro do outro, mesmo que esteja a meio universo de distância. Até você medir o giro dessas partículas, elas existirão em um estado indefinido; mas quando você mede um, você reconhece imediatamente o segundo. Na Terra, realizamos um experimento em que dois fótons emaranhados foram separados por muitos quilômetros e medimos suas rotações com um intervalo de menos de alguns nanossegundos. Descobrimos que, se um deles era +1, sabíamos que o outro era -1.000 vezes mais rápido que a velocidade da luz nos permitiria transmitir essas informações.



Voltemos à questão de Olivier: essa confusão pode ser usada para transmitir mensagens de um sistema estelar remoto para o nosso? Em princípio, sim, se a medição realizada em um ponto remoto for considerada uma das formas de comunicação. Mas, por falar em mensagens, você provavelmente quer dizer algo sobre o ponto remoto. Você pode, por exemplo, manter uma partícula em um estado indefinido, enviá-la para uma estrela distante e definir a tarefa de encontrar um planeta rochoso na zona habitável. Se o sistema encontrar o planeta, a medição força a partícula a aceitar o estado +1 e, se não o encontrar, a medição atribui à partícula o estado -1.



Portanto, parece que a partícula na Terra, quando você a mede, estará no estado -1, o que significa que a espaçonave encontrou um planeta rochoso na zona habitada ou no estado +1, o que significa que não há planeta lá . Se você sabe que ocorreu uma medição, deve poder fazer sua medição e descobrir imediatamente o estado dessa partícula, que provavelmente está a muitos anos-luz de você.


Padrão de onda durante a passagem de elétrons através de dois slots. Se medirmos através do intervalo específico que os elétrons passam, a imagem da interferência quântica é violada.

Um plano brilhante, mas com um problema: o emaranhado só funciona se você perguntar à partícula: “em que estado você está?”. Se você forçar uma partícula emaranhada a aceitar um estado, violará o emaranhado, e a medição na Terra não dependerá das medidas de uma estrela distante. Se você simplesmente medir o estado de uma partícula distante, seja +1 ou -1, sua medida na Terra fornecerá -1 ou +1, respectivamente, e você saberá o estado da estrela distante. Mas se você forçar uma partícula remota a aceitar um estado de +1 ou -1, isso significa que, independentemente do resultado, sua partícula na Terra estará em um estado de +1 ou -1 com 50/50 chances.


Experiência de Apagamento Quântico

Essa é uma das propriedades mais obscuras da física quântica: o entrelaçamento pode ser usado para obter informações sobre um componente de um sistema quando você conhece o estado completo e você mede o estado de outro componente, mas não para criar e transmitir informações de uma parte de um sistema emaranhado para outra. Uma idéia complicada, Olivier, mas não há comunicação a uma velocidade mais rápida que a luz.


O efeito do teletransporte quântico é confundido com viajar mais rápido que a luz. De fato, a informação não é transmitida mais rápido que a luz

O emaranhamento quântico é uma propriedade incrível, e pode ser usado para diferentes fins, por exemplo, em um sistema ideal de fechadura / chave. Mas as comunicações são mais rápidas que a luz? Para entender por que isso é impossível, você precisa entender a propriedade chave da física quântica: forçar uma parte de um sistema emaranhado a fazer a transição para um determinado estado não permite obter informações sobre esse estado medindo sua parte restante. Como a famosa declaração de Niels Bohr diz:

Se a mecânica quântica ainda não o chocou, você simplesmente ainda não a entende.

O Universo constantemente joga dados conosco, para grande desgosto de Einstein. Mas a natureza perturba até nossas melhores tentativas de trapacear neste jogo. Se todos os juízes com os árbitros fossem tão rigorosos quanto as leis da física quântica!