Corrida espacial por um satélite quântico

Não é só podermos ter teletransporte como em Star Trek, mas abrem-se possibilidades de termos satélites que utilizam o teletransporte quântico para enviar dados com fotões emaranhados para qualquer parte do mundo. Será que teremos comunicação “instantânea”?

Após o artigo do Manel Rosa Martins a explicar esta “magia” (na verdade: ciência), li um artigo que me parece muito interessante.
O artigo é da Inside Science News Service, foi escrito por Joel Shurkin, e encontra-se aqui.
Ele foi traduzido pela Scientific American Brasil, aqui.

“Satélites poderiam ser usados para enviar poderosas chaves de encriptação de dados que usam fótons emaranhados. O vácuo do espaço poderia resolver o problema da distância encontrado em enviar sinais quânticos na Terra”

Este é um dos temas em destaque na edição especial da revista Physics World.


“Cientistas estão tentando criar uma rede espacial quântica de comunicações que poderia permitir transmissões impossíveis de monitorar.
Ao fazer isso, eles podem tornar possível que alguém chamado Scotty [Scotty é o engenheiro da série Jornada nas Estrelas, que cuida do teletransportador da Enterprise] realmente teletransporte informações no espaço.

Seria ‘fantasmagórico o suficiente’ para assustar Albert Einstein, brinca Thomas Jennewein, da University of Waterloo, em Ontário, um dos principais pesquisadores do campo. [no original ‘it would be enough “to spook” Albert Einstein’ é uma referência ao que Einstein chamou de ‘spooky action at a distance’, uma das propriedades da mecânica quântica – o emaranhamento. Em português, a expressão é classicamente traduzida como ‘ação fantasmagórica à distância’]

A pesquisa de encriptação poderia ter implicações práticas imediatas. O processo faria uso de fótons emaranhados, que Einstein – que resistiu às consequências da teoria quântica até morrer – chamou de “ação fantasmagórica à distância”.

“Se conseguirmos usar correlações entre fótons emaranhados para estabelecer uma chave [de encriptação] quântica, ela poderia ser usada para comunicações seguras”, observa Jennewein.

Einstein e dois colegas teorizaram, em 1935, que se você tiver dois sistemas quânticos interagentes, como dois átomos em uma molécula, e depois separá-los, ele permaneceriam emaranhados, o que significa que suas propriedades estariam inextricavelmente ligadas. Medir um átomo instantaneamente produziria uma modificação no outro, não importando o quanto estivessem distantes entre si.

Einstein acreditava que havia um limite de velocidade universal: como nada poderia viajar mais rápido que a luz, ele achava que essa comunicação – “ação fantasmagórica” – seria impossível.

Mas em 1972 um grupo de cientistas norte-americanos mostrou que é exatamente isso que acontece, pelo menos nas curtas distâncias de seu experimento de laboratório.

Décadas antes, outro gigante da física, Werner Heisenberg, propôs em seu famoso princípio da incerteza que o simples observar de uma partícula, ou qualquer perturbação, modifica suas propriedades e – de acordo com a teoria quântica – instantaneamente modifica as de seu gêmeo emaranhado.

A encriptação comum envolve o uso de chaves, séries de números e letras que codificam e decodificam mensagens. O remetente tem uma chave que encripta a mensagem; a pessoa recebendo a mensagem tem outra, que a decodifica.

Cientistas podem imaginar o envio de feixes de sinais quânticos de um lugar a outro para produzir chaves de encriptação, mas há um problema.

Sinais de comunicação quântica não são capazes de viajar muito na Terra. O recorde atual é de 142km, estabelecido nas Ilhas Canárias por Jennewein e sua equipe, então na Universidade de Viena. O problema é a perda da transmissão ou sua dispersão na atmosfera.

Nem mesmo o uso de cabos de fibra-ótica é solução, de acordo com Josua Bienfang, do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, outro especialista no campo. As chances de um único fóton viajar com segurança por mais de 400km em um cabo de fibra-ótica são baixas, observa ele.

É por isso que Jennewein e outros pesquisadores estão pensando no espaço, onde os feixes não se dispersariam no vácuo. Seu laboratório, entre outros, já produziu um projeto de satélites que testariam essa ideia.

Jennewein descreve um sistema em que um dispositivo em um satélite cria pares de fótons emaranhados e simultaneamente transmite um membro de cada par para duas estações terrestres em feixes de milhões de fótons, todos emaranhados em estados quânticos. Isso significa que as duas estações teriam a mesma chave.

As duas estações iriam compará-las. Se as transmissões não tivessem sido interceptadas ou modificadas por um espião, as chaves seriam idênticas. Em seguida o remetente poderia enviar uma mensagem encriptada da maneira convencional sabendo que ninguém está ouvindo.

Mas, se houver qualquer alteração nas chaves, o que aconteceria se alguém interceptasse a mensagem com a chave, a teoria de Heisenberg entraria em ação, e os fótons seriam alterados. As duas partes saberiam da existência de um espião, e ou reenviaram as chaves, ou tentariam outro sistema.

Várias corporações e instalações de pesquisa do governo ao redor do mundo estão trabalhando em sistemas de satélites semelhantes.

“Além disso, experimentos de ‘teletransporte quântico’ de longa distância poderiam ser conduzidos – os primeiros passos para a realização do famoso ‘Me teletransporte, Scotty’ podem estar apenas alguns anos no futuro”, escreveu Jennewein na revista “Physics World”. No teletransporte quântico, os objetos em si não são movidos. Em vez disso, sua informação – codificada em um estado quântico – desaparecia de uma partícula na Terra e reapareceria em uma partícula no espaço.

O esquema exigiria três fótons, explica Jennewein. Um, o fóton de entrada, para ser teletransportado, e dois outros, emaranhados e separados.

“O fóton de entrada é correlacionado com um dos emaranhados, e portanto seu estado quântico é completamente transferido para o outro fóton emaranhado, que pode estar distante”, explica Jennewein. “O fóton final é o novo ‘original’, e os fótons iniciais perdem totalmente suas informações”.

Um benefício adicional de desenvolver um sistema de satélites quânticos é que eles permitiriam que físicos testassem a teoria quântica em distâncias muito maiores.”