É um termo comum e muito mal compreendido, mas existem maneiras de deixar claro o seu significado.

Amar Vutha, da Universidade de Toronto, no Canadá, explica.

Computadores quânticos, criptografia quântica (insira qualquer coisa) + quântico, são frequentemente noticiados nos dias atuais.

Artigos sobre eles referem-se inevitavelmente ao emaranhamento, uma propriedade da física quântica que torna todos esses dispositivos mágicos possíveis.

Einstein chamou o entrelaçamento de “ação fantasmagórica à distância”, um nome que pegou e que se tornou cada vez mais popular.

Além de apenas construir melhores computadores quânticos, também temos que entender e aproveitar que o emaranhamento também é útil em outros aspectos.

Por exemplo, ele pode ser usado para fazer medições mais precisas de ondas gravitacionais e para entender melhor as propriedades de materiais exóticos.

Ele também sutilmente aparece em outras áreas. Eu tenho estudado como os átomos se chocam uns com os outros e como conseguem se emaranhar, para entender como isso afeta a precisão dos relógios atômicos.

Mas o que é emaranhamento?

Existe alguma maneira de entender esse fenômeno “assustador”?

Vou tentar explicar isso reunindo dois pilares da física: leis de conservação e superposições quânticas.

Leis de conservação.

As leis de conservação são alguns dos conceitos mais profundos e penetrantes de toda a física.

A lei de conservação de energia afirma que a quantidade total de energia em um sistema isolado permanece fixa (embora possa ser convertida de energia elétrica em energia mecânica para calor, e assim por diante).

Esta lei está subjacente ao funcionamento de todas as nossas máquinas, sejam elas máquinas a vapor ou carros elétricos.

As leis de conservação são um tipo de declaração contábil: você pode ”trocar” bits de energia, mas o montante total precisa permanecer o mesmo.

A conservação do momentum (o produto da massa e da velocidade de um objecto) é a razão pela qual, quando dois patinadores de gelo com diferentes massas se afastam um do outro, o mais leve se afasta mais rapidamente do que o mais pesado.

Essa lei também está subjacente ao famoso ditado de que “toda ação tem uma reação igual e oposta”.

A conservação do momento angular é o motivo pelo qual – voltando aos patinadores de gelo – uma patinadora pode girar mais rápido ao aproximar seus braços do corpo.

Essas leis de conservação foram experimentalmente verificadas para funcionar em uma variedade extraordinária de escalas no universo, desde buracos negros em galáxias distantes até os diminutos elétrons.

Adição quântica.

Imagine-se em uma boa caminhada pela floresta.

Você chega a uma bifurcação na trilha, mas se vê lutando para decidir se vai para a esquerda ou para a direita.

O caminho para a esquerda parece escuro e sombrio, mas tem a fama de levar a algumas vistas agradáveis, enquanto o da direita parece ensolarado, mas íngreme.

Você finalmente decide ir para a direita, imaginando melancolicamente a estrada que não foi tomada. Em um mundo quântico, você poderia ter escolhido os dois.

Para sistemas descritos pela mecânica quântica (isto é, coisas que são suficientemente bem isoladas do calor e perturbações externas), as regras são mais interessantes.

Como um pião, um elétron, por exemplo, pode estar em um estado em que gira no sentido horário ou em outro estado em que gira no sentido anti-horário.

Ao contrário de um pião, no entanto, ele também pode estar em um estado [girando no sentido horário] + [girando no sentido anti-horário].

Os estados de sistemas quânticos podem ser somados e subtraídos uns dos outros. Matematicamente, as regras para combinar estados quânticos podem ser descritas da mesma forma que as regras para adicionar e subtrair vetores.

A palavra para tal combinação de estados quânticos é uma superposição.

Isso é realmente o que está por trás de efeitos quânticos estranhos sobre os quais você pode ter ouvido falar, como o experimento de dupla fenda, ou dualidade de onda de partícula.

Digamos que você decida forçar um elétron no estado de superposição [rotação no sentido horário] + [rotação no sentido anti-horário] para obter uma resposta definitiva.

Então, o elétron termina aleatoriamente no estado [girando no sentido horário] ou no estado [girando no sentido anti-horário].

As probabilidades de um resultado em relação ao outro são fáceis de calcular (com um bom livro de física à mão).

A aleatoriedade intrínseca deste processo pode incomodá-lo se a sua visão de mundo requer que o universo se comporte de uma maneira completamente previsível, porém… isto já foi experimentalmente testado.

Leis de Conservação e Mecânica Quântica.

Vamos juntar essas duas ideias agora e aplicar a lei da conservação de energia a um par de partículas quânticas.

Imagine um par de partículas quânticas (digamos átomos) que começam com um total de 100 unidades de energia.

Você e seu amigo separam o par, pegando uma quantidade para cada um.

Você acha que o seu tem 40 unidades de energia.

Usando a lei da conservação de energia, você deduz que o seu amigo deve ter 60 unidades de energia.

Assim que você conhece a energia do seu átomo, você também conhece imediatamente a energia do átomo do seu amigo. Você saberia disso mesmo que seu amigo nunca tenha revelado nenhuma informação para você. E você saberia disso mesmo que seu amigo estivesse do outro lado da galáxia no momento em que você medisse a energia do seu átomo. Não tem nada assustador sobre isso (uma vez que você percebe que isso é apenas uma correlação, e não uma causa).

Mas os estados quânticos de um par de átomos podem ser mais interessantes.

A energia do par pode ser particionada de muitas maneiras possíveis (consistentes com a conservação de energia, é claro).

O estado combinado do par de átomos pode estar em uma superposição, por exemplo:

[SEU ÁTOMO: 60 UNIDADES; ÁTOMO DO AMIGO: 40 UNIDADES] + [SEU ÁTOMO: 70 UNIDADES; ÁTOMO DO AMIGO: 30 UNIDADES].

Este é um estado emaranhado dos dois átomos.

Nem o seu átomo nem o do seu amigo têm uma energia definida nesta superposição.

No entanto, as propriedades dos dois átomos são correlacionadas por causa da conservação de energia: e suas energias sempre somarão 100 unidades.

Não existe nada assustador sobre isso…

O entrelaçamento é uma “correlação quântica” entre as propriedades das partículas.

Fonte

Revisão: SR.Black

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