Física Quântica acaba de ficar menos complicada

Cientistas em Cingapura simplificaram dois princípios quânticos e reduziram mistério no universo das subpartículas

Uma boa surpresa: a física quântica acaba de ficar menos complexa do que pensávamos. Uma equipe internacional de pesquisadores demonstrou que duas características peculiares do mundo quântico, anteriormente consideradas distintas, são na verdade manifestações distintas da mesma coisa. O resultado foi publicado na revista Nature Communications de hoje.

Patrick Coles, Jedrzej Kaniewski e Stephanie Wehner fizeram a descoberta no Centro de Tecnologias Quânticas (QuTech) na Universidade Nacional de Cingapura. Eles descobriram que a Dualidade Onda-Partícula é simplesmente o Princípio da Incerteza quântico disfarçado, reduzindo dois mistérios para um.

"A conexão entre a incerteza e a dualidade onda-partícula surge naturalmente quando você as considera como questões sobre qual informação você pode obter sobre um sistema. Nosso resultado destaca o poder de pensar sobre física da perspectiva da informação", explicou Wehner, professor associado à QuTech, da Universidade de Tecnologia de Delft na Holanda.

A descoberta aprofunda nossa compreensão da física quântica e sugere novas aplicações da Dualidade Onda-Partícula.

OS PRINCÍPIOS

A Dualidade Onda-Partícula é a ideia que um objeto quântico pode se comportar como uma onda, mas que este comportamento ondulatório desaparece se você tenta localizar o objeto. É mais facilmente observada no Experimento da Fenda Dupla, onde partículas individuais, elétrons por exemplo, são disparados, um a um, para uma tela contendo duas fendas estreitas até chegar nela. As partículas se acumulam atrás das fendas não em dois montões, como esperamos dos objetos clássicos newtonianos, mas em um padrão listrado observado em interferência de ondas. Isso continuará acontecendo só até você tentar dar uma espiadinha (observação) em qual fenda uma partícula está atravessando, ao fazer isso, o padrão de interferência desaparece, sinistro, não?

O princípio da incerteza quântica é a ideia de que é impossível conhecer certos pares de coisas sobre uma partícula quântica de uma só vez. Por exemplo, quanto mais você conhecer a posição de um átomo, menos preciso você poderá saber qual é a velocidade na qual ele está se movendo. É um limite para a cognoscibilidade fundamental da natureza (a capacidade de conhecer a essência das coisas) e não apenas uma declaração (statement) sobre sermos imprecisos em nossas medições. O novo trabalho expõe o quão restrito o quanto se pode aprender sobre a onda em relação ao comportamento das partículas de um sistema.

A Dualidade Onda-Partícula e Incerteza têm sido conceitos fundamentais da física quântica, desde o início de 1900. "Fomos guiados por um pressentimento, e apenas um pressentimento de que ali devia haver uma conexão", memorou Coles, que hoje é pós-doutor no Instituto de Computação Quântica em Waterloo, no Canadá.

É possível escrever equações que capturam o quanto pode ser aprendido sobre pares de propriedades que são afetadas pelo Princípio da Incerteza. Coles, Kaniewski e Wehner são especialistas em um modelo destas equações, conhecidas como "relações de incerteza entrópicas'; e eles descobriram que todas as contas anteriormente usadas para descrever a Dualidade Onda-Partícula poderiam ser reformuladas em termos dessas relações.

"Foi como se tivéssemos descoberto a "Pedra de Roseta" que ligava duas línguas diferentes", disse Coles. "A literatura sobre a Dualidade Onda-Partícula era como os hieróglifos e que poderíamos agora traduzir em nossa língua nativa. Tivemos vários momentos eurekas quando finalmente compreendemos o que outros pesquisadores fizeram", disse entusiasmado.

Pelo fato das fórmulas das relações de incerteza entrópicas utilizadas na tradução desta relação também serem usadas para demonstrar a segurança da criptografia quântica (esquema para comunicação ultrassegura usando partículas) os pesquisadores sugerem que o trabalho vai ajudar a inspirar novos protocolos de criptografia.

Em artigos anteriores, Wehner e colaboradores encontraram ligações entre o Princípio da Incerteza e outro conhecimento físico, chamado de "não-localidade" quântica e a Segunda Lei da Termodinâmica. A próxima meta tentadora para os pesquisadores é pensar sobre como essas peças se encaixam e que maior imagem se pode obter de como a natureza é construída.

Fonte:Cornell University Library.

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