Aplicações da Física Quântica no dia a dia

Por muito tempo, o mundo que conhecemos parecia seguir regras facilmente compreendidas por nossas intuições. E muitas descobertas científicas vieram a partir destas intuições: a gravidade tende a puxar tudo para “baixo” – para o centro da Terra; ao observar um navio desaparecendo no horizonte, ele desaparece por “partes”, sendo a última parte o mastro, e assim pode-se concluir que a Terra não é plana; a água é indispensável à vida na Terra; e assim por diante.

Mas isso tudo mudou com a mecânica quântica. Este campo de estudo colocou a intuição humana de cabeça para baixo. Elétrons são, ao mesmo tempo, onda e partícula, e a forma como se comportam muda apenas pela observação; partículas são “entrelaçadas” de tal forma que podem se comunicar quase que instantaneamente a distâncias absurdas; isso só para citar alguns exemplos.

Neste texto, não pretendo entrar no mérito de explicar a física quântica, coisa que já foi feita várias vezes aqui no Astropt (por mim e por especialistas de verdade que sabem muito mais do que eu sobre o assunto). Colocarei alguns links para você se aprofundar ao final deste texto. O que quero mesmo fazer é aludir a uma frase que o Carlos usa com frequência, e que é muitíssimo adequada: “a ciência não é democrática. Por exemplo, o facto da gravidade ou da electricidade funcionarem, não depende da quantidade de pessoas que acreditam nisso”.

Esta frase é adequadíssima por que ela aponta para uma característica fundamental da ciência: A capacidade de traduzir modelos científicos em aplicações no mundo real. Graças ao nosso conhecimento da gravidade, movimento e aceleração somos capazes de sair do nosso planeta e voar todos os dias em vôos comerciais de um continente a outro. Graças ao nosso conhecimento sobre energia, somos capazes de coletar eletricidade do sol, do movimento e da fissão de átomos.

Tudo isso tem aplicação prática no dia a dia. Sem estas descobertas, você provavelmente não estaria lendo este texto num computador, que funciona a eletricidade, nem faria aquelas tão desejadas férias em Machu Picchu ou Stonehenge.

E é aí que retornamos para a Física Quântica. Andei reparando que muitas pessoas interessadas em ciência (algumas que inclusive se consideram céticos), principalmente pela ignorância em relação a como a ciência funciona, possuem sentimentos confusos em relação a mecânica quântica, o que muitas vezes os levam a acreditar em vigarices pseudocientíficas e documentários tolos como “Quem Somos Nós?”. Um dos motivos que consegui perceber é a crença de que a física quântica não é uma teoria “comprovada” (sim, lá vamos nós de novo), por que não tem aplicação no mundo real. Acham que, por que este campo de estudo trata do muito pequeno, que não há um impacto relevante na vida dos cidadãos.

Estas pessoas, é claro, não poderiam estar mais enganadas. As aplicações da teoria quântica no dia a dia não são novas, e graças à ela fomos capazes de aperfeiçoar e inovar em diversas tecnologias que usamos hoje. Vou citar apenas alguns exemplos que possuem profunda relevância no mundo de hoje:

Transístor:

O que é: Componente eletrônico indispensável para qualquer equipamento de eletrônica, que age tanto como amplificador quanto como um switch para sinais eletrônicos.

O que tem a ver com a física quântica: Transistores dependem de uma propriedade singular dos semicondutores para operar. Graças às descobertas da mecânica quântica foi possível passar dos inseguros tubos de vácuo do ENIAC para computadores mais confiáveis e cada vez menores.

Onde se usa isso: Basicamente, em tudo que é eletrônico: de computadores a tablets, passando por GPS, satélites, naves espaciais, aviões, radares, entre outros.

Laser:

O que é: Dispositivo que produz radiação eletromagnética com características muito especiais, como se propagar como um feixe de ondas paralelas e possuir um mesmo comprimento de onda.

O que tem a ver com física quântica: Lasers funcionam quando agitamos os elétrons que orbitam átomos, os quais emitem fótons conforme retornam aos seus níveis mais baixos de energia. Os fótons emitidos fazem outros átomos liberarem fótons com o mesmo nível de energia e direção, criando um feixe de fótons que vemos como o raio laser. Todo esse processo funciona baseado num dos princípios fundamentais da mecânica quântica, que estabelece que a luz se propaga em “pacotes” chamados Quanta (meio que como a transmissão de dados via internet) e o laser funciona estimulando a emissão de um quanta específico de energia.

Onde se usa isso: Tudo que usa lasers, como o espectroscópio, scanners de código de barras, microscopia, sistemas militares de defesa, CD e Blu-Ray players, entre outros.

Gerador de números aleatórios:

O que é: dispositivo desenvolvido para gerar números realmente aleatórios.

O que tem a ver com física quântica: Por mais estranho que pareça, jogar um dado gera números aparentemente aleatórios, mas não realmente aleatórios. Acontece que a única aleatoriedade verdadeira acontece ao nível quântico (ex.: com informações suficientes, os cientistas são capazes de predizer resultados de uma jogada de dados). Já ouviu falar do Princípio da Incerteza de Heisenberg? (os fãs de Breaking Bad vão ter outra percepção da série agora) Nele, se estabelece que, a nível quântico, não podemos determinar com precisão e simultaneamente a posição e o momento de uma partícula. Aproveitando-se dessa imprevisibilidade, os cientistas criam o equivalente a um “dado quântico” gerando algo chamado “ruído quântico”, através de flutuações no vácuo. Medindo os níveis aleatórios de ruído produzido, os pesquisadores podem desenvolver números realmente aleatórios.

Onde se usa isso: Estatística, simulações de computador, criptografia, e em qualquer área que necessite produzir resultados totalmente aleatórios.

Relógio Atômico:

O que é: Relógio ultrapreciso (na verdade, o tipo mais preciso de relógio já criado)

O que tem a ver com a Física Quântica: O ruído quântico, por ser totalmente aleatório, limita a precisão do relógio para medir a vibração dos átomos de césio (que é como estes relógios funcionam). Mas, com este conhecimento, foi possível para pesquisadores de duas universidades alemãs desenvolverem uma forma de suprimir estes níveis de ruídos manipulando os estados de energia dos átomos de césio nos relógios atômicos.

Onde se usa isso: Em diversas aplicações que necessitam de uma precisão realmente grande, como quando engenheiros precisam calcular trajetórias para espaçonaves, para saber precisamente quão veloz o objeto de destino, seja uma estrela ou asteróide, está se movendo.

Fora isso, ainda podemos citar outras aplicações conhecidas e que sabemos que, em breve, irão avançar muito nossa tecnologia, como computação e criptografia quântica, transmissão de informações virtualmente instantâneas e até teletransporte.

Eu poderia ficar citando aqui outros exemplos, mas este texto é apenas uma forma de demonstrar o quanto a mecânica quântica não é uma teoria dissociada da realidade prática e nem suas aplicações são novidade; pelo contrário, sem ela, nossa evolução tecnológica durante o século XX não teria sido possível.

Fontes:
10 Real-world Applications of Quantum Mechanics
What Is Quantum Mechanics Good for?
Criptografia Quântica

Matérias do Astropt Sobre Física Quântica:
O que é essa tal de Física Quântica?
Introdução à Mecânica Quântica
Gravidade Quântica
Evidências reforçam a teoria do universo holográfico
O Mundo das Partículas – Parte I
Mecânica Quântica