A física quântica acabou de ficar menos complicada

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Uma agradável surpresa para os habitantes do universo: a física quântica é menos complicada do que pensávamos. Uma equipe internacional de pesquisadores demonstrou que duas características peculiares do mundo quântico anteriormente consideradas distintas são manifestações diferentes da mesma coisa.

Patrick Coles, Jedrzej Kaniewski e Stephanie Wehner fizeram a descoberta no Centro de Tecnologias Quânticas da Universidade Nacional de Cingapura. Eles descobriram que a “dualidade onda-partícula” é simplesmente a versão quântica do “princípio da incerteza” disfarçada, reduzindo dois mistérios em um.

“A conexão entre a incerteza e a dualidade onda-partícula é bastante natural quando você as considera como informações que você pode obter acerca de um sistema. Nosso resultado destaca o poder de pensar sobre a física a partir da perspectiva das informações”, diz Wehner, que agora é Professor Associado na Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda.

A descoberta aprofunda nossa compreensão da física quântica e poderia levar ideias para novas aplicações da dualidade onda-partícula.

A dualidade onda-partícula é a ideia de que um objeto quântico pode se comportar como uma onda, mas que o comportamento de onda desaparece se você tentar localizar o objeto. É mais simples visto em um experimento de fenda dupla, onde partículas individuais, os elétrons, por exemplo, são disparados um por um em uma tela contendo duas fendas estreitas. As partículas se acumulam atrás das fendas não em dois montes como objetos clássicos fariam, mas em um padrão de listras como seria esperado de uma interferência de ondas. Pelo menos isso é o que acontece até que você olhe pela fenda que a partícula atravessa – ao fazer isso o padrão de interferência desaparece.

O princípio da incerteza quântica é a ideia de que é impossível saber certos pares de coisas sobre uma partícula quântica de uma só vez. Por exemplo, quanto mais precisamente você sabe a posição de um átomo, menos precisamente você pode saber a velocidade com a qual ele está se movendo. É um limite para o conhecimento fundamental que temos da natureza, não uma declaração sobre a habilidade da medição. O novo trabalho mostra que o quanto você pode aprender sobre a onda em relação ao comportamento das partículas de um sistema é restrito, exatamente da mesma maneira.

A dualidade onda-partícula e a incerteza têm sido conceitos fundamentais da física quântica desde o início do século 20. “Fomos guiados por um sentimento interior, e apenas um sentimento interior, que devia haver uma conexão”, diz Coles, pós-doutorado 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 afetados pelo princípio da incerteza. Coles, Kaniewski e Wehner são especialistas em uma forma de tais equações conhecidas como “relações de incerteza entrópicas”, e 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”, diz Coles. “A literatura sobre a dualidade onda-partícula era como hieróglifos que podemos agora traduzir em nossa língua nativa”, comemora ele.

Uma vez que as relações de incerteza entrópicas utilizadas na sua tradução também têm sido usadas para demonstrar a segurança da criptografia quântica – esquemas para comunicação segura usando partículas quânticas -, os pesquisadores sugerem que o trabalho pode ajudar a inspirar novos protocolos de criptografia.

Em artigos anteriores, Wehner e colaboradores encontraram ligações entre o princípio da incerteza e outros princípios físicos, a “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 qual a imagem maior que será formada a respeito da construção da natureza. [Phys]

 

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