Físicos quânticos conseguem “driblar” a velocidade da luz

Pelo que sabíamos até agora, existia uma regra estabelecida no universo: as informações, assim como todas as outras coisas, só conseguem viajar através do espaço-tempo dentro de um limite de velocidade.

A física quântica volta a provar que o que sabemos não significa quase nada: um grupo de físicos quânticos acabou de descobrir como dobrar o limite da velocidade da luz.

Em circunstâncias normais, o limite máximo de transferência de informação – algo como a largura de banda do universo – é um bit por partícula fundamental, movendo-se não mais rápido do que a velocidade da luz. Isso no “universo clássico”.

Se deseja enviar uma mensagem composta pelos bits 1 ou 0 para um amigo que acabou de se mudar para um lugar que fica a um ano-luz de distância e tudo o que tem é um único fotão, é possível codificar esse único número binário no fotão e enviá-lo à velocidade da luz, seguindo as regras clássicas da física, e esse amigo receberá a mensagem um ano depois.

Se o seu amigo quiser usar esse fotão para enviar uma resposta, terá que esperar mais um ano, e se quiser enviar mais informações nesse tempo, precisaria de mais fotões.

Mas num novo artigo publicado a 8 de fevereiro no Physical Review Letters, dois físicos quânticos mostraram que é teoricamente possível dobrar essa largura de banda. A técnica descrita no artigo, intitulada “Comunicação bidireccional com uma única partícula quântica”, de certa forma “dribla” a velocidade da luz.

É impossível que qualquer coisa viaje mais rápido do que a velocidade da luz. Porém, graças ao entrelaçamento quântico, é possível que as duas pessoas que tentam comunicar enviem um pouco mais de informação usando a mesma partícula ao mesmo tempo.

Se as duas pessoas quiserem fazer isso, os cientistas dizem que teriam que colocar a partícula numa “superposição de diferentes locais espaciais“.

“Isso geralmente é descrito como estar em dois lugares ao mesmo tempo”, simplifica o co-autor Flavio Del Santo, da Universidade de Viena, na Áustria. A realidade é um pouco mais complicada, mas imaginar a partícula em dois lugares ao mesmo tempo é um atalho útil para entender o que está a acontecer aqui.

Del Santo e o co-autor, Borivoje Dakić, do Instituto de Ótica Quântica e Informação Quântica na Áustria, chamam aos seus comunicadores quânticos Alice e Bob. Digamos que Alice e Bob têm a mesma partícula no início da comunicação. Cada um pode codificar um único bit de informação, um 1 ou um zero, na partícula.

A comunicação continua limitada pela velocidade da luz, mas os dois comunicadores conseguem ver a informação enviada pelo outro em metade do tempo. Quando Alice codifica um “1” na partícula, Bob não vê imediatamente.

Alice ainda tem que enviar a partícula. Mas nesta situação especial, Alice e Bob podem codificar um pouco de informação na partícula e enviá-la um ao outro ao mesmo tempo.

A mensagem que cada um deles vê quando a partícula chega é o resultado da sua própria informação, e a informação do seu interlocutor será então adicionda. Se Alice codificou um zero e Bob um 1, cada um deles verá um 1, que é o resultado da codificação. Como Alice sabe que colocou um zero, ela sabe então que Bob colocou um 1. E como Bob sabe que colocou um 1, saberá que Alice colocou um zero. Se ambos colocaram um 1, ou ambos colocaram zero, o resultado será zero.

Em cada situação, ambos os recetores saberão o que o outro enviou – e terão cortado pela metade o tempo que geralmente demora para que duas pessoas enviem bits de informação usando uma única partícula.

O artigo é puramente teórico, mas Del Santo e Dakić associaram-se a uma equipa de experimentalistas da Universidade de Viena para mostrar que o método pode funcionar no mundo real.

É importante relembrar, no entanto, que esta parcela de resultados ainda não passou por revisão e publicação de pares numa revista científica.

Nesta segunda etapa, os cientistas usaram divisores de feixe para separar fotões em superposição espacial, o que significava que  estavam, de certa forma, em dois lugares ao mesmo tempo.

Ao fazer isso, conseguiram realizar exatamente o que o primeiro artigo descreveu, a codificação de bits em fotões divididos, o seu agrupamento e a interpretação dos resultados.

Os cientistas também mostraram que, com uma leve modificação, esta técnica poderia ser usada para realizar uma comunicação perfeitamente segura.

Se um dos comunicadores, Alice, insere uma sequência aleatória de bits e Bob codifica a mensagem verdadeira e coerente, nenhum espião poderia descobrir o que Bob estava a falr com Alice sem saber o que Alice tinha enviado. Esta segurança dos dados é uma das principais promessas da internet quântica.