MADRID 15 jul. (EUROPA PRESS) -
Um novo resultado de pesquisa, desenvolvido em colaboração entre o Stevens Institute of Technology, a University of Illinois at Urbana-Champaign e a Harvard University (todas nos Estados Unidos), sugere que as redes quânticas são mais versáteis do que se pensava. No artigo intitulado 'Probing Curved Spacetime with a Distributed Atomic Processor Cloc', que acaba de ser publicado na revista 'PRX Quantum', os pesquisadores mostram que essa tecnologia pode investigar como a curvatura do espaço-tempo afeta a teoria quântica, o primeiro teste desse tipo.
As redes quânticas estão se desenvolvendo rapidamente em todo o mundo. Essa é uma tecnologia quântica fundamental que possibilitará uma Internet quântica global: a capacidade de implementar comunicações seguras em grande escala e conectar computadores quânticos em todo o mundo. A corrida para concretizar essa visão está em pleno andamento, tanto na Terra quanto no espaço.
Até o momento, a física quântica passou em todos os testes com louvor. Mas não está tão claro como ela se sai quando a teoria da gravidade de Einstein (relatividade geral) entra em ação.
Na teoria de Einstein, a gravidade não é mais uma força, mas o resultado de mudanças no espaço e no tempo (um espaço-tempo curvo). Isso produz efeitos únicos, como a desaceleração do tempo perto dos planetas.
O fenômeno foi medido e confirmado com grande precisão e foi popularizado em filmes e romances de ficção científica, como Interstellar. Mas ainda não se sabe como esse fluxo de deslocamento do tempo afeta a mecânica quântica, ou se a teoria quântica, a relatividade geral ou ambas podem exigir modificações onde elas se entrelaçam. Embora ainda não exista uma teoria completa da gravidade quântica, há sugestões de que os princípios quânticos podem mudar na presença de um espaço-tempo curvo. Entretanto, até o momento, foi impossível explorar essa fronteira por meio de experimentos.
Em um estudo anterior intitulado "Testing Quantum Theory on Curved Spacetime with Quantum Networks" (Testando a teoria quântica no espaço-tempo curvo com redes quânticas), publicado na Physical Review Research, Igor Pikovski, do Stevens Institute of Technology, Jacob Covey, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, e Johannes Borregaard, da Universidade de Harvard, mostraram que chegou o momento de realizar experimentos para explorar essas questões usando redes quânticas.
Já naquela época, eles mostraram como duas características únicas, porém distintas, da teoria quântica e da gravidade se combinam simultaneamente. Na teoria quântica, há superposições: a matéria pode existir não apenas em estados específicos definidos, mas também em misturas deles simultaneamente. A computação quântica explora esse fato para construir cubos (superposições de bits de 0 e 1).
As redes quânticas podem propagar esses cubos por grandes distâncias. No entanto, perto da Terra, esses cubos também seriam afetados pelo espaço-tempo curvo, pois o próprio fluxo do tempo muda. Os pesquisadores mostraram que as superposições de relógios atômicos em redes quânticas capturariam diferentes fluxos de tempo, abrindo a porta para a pesquisa sobre como a teoria quântica e o espaço-tempo curvo se entrelaçam.
"A interação entre a teoria quântica e a gravidade é um dos problemas mais desafiadores da física atual, mas também um problema fascinante", diz Igor Pikovsky. "As redes quânticas nos ajudarão a testar essa interação pela primeira vez em experimentos reais.
Em colaboração com o laboratório de Covey, Pikovski e Borregaard desenvolveram um protocolo concreto. A equipe demonstrou como os efeitos quânticos podem ser distribuídos entre os nós da rede por meio dos chamados estados W entrelaçados e como a interferência entre esses sistemas entrelaçados é registrada. Ao aproveitar os recursos quânticos modernos, como o teletransporte quântico (transferência de estado quântico de uma partícula para outra) e os pares de Bell emaranhados (estados emaranhados ao máximo de dois cúbitos) em matrizes atômicas, a teoria quântica pode ser testada no espaço-tempo curvo.
"Presumimos que a teoria quântica seja válida em todos os lugares, mas não sabemos se isso é verdade", diz Pikovski. "Pode ser que a gravidade altere a maneira como a mecânica quântica funciona. De fato, algumas teorias sugerem tais modificações, e a tecnologia quântica será capaz de testar isso."
Os resultados de Pikovski, Covey e Borregaard demonstram que as redes quânticas não são apenas uma ferramenta prática e útil para uma futura Internet quântica, mas também oferecem oportunidades exclusivas para o estudo da física fundamental que não podem ser obtidas com o sensoriamento clássico. No mínimo, agora é possível testar o comportamento da mecânica quântica no espaço-tempo curvo.
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