Internet quântica permitirá testar espaço-tempo curvo e mecânica quântica

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Redação do Site Inovação Tecnológica – 22/07/2025

Redes qunticas como laboratrios de fsica

As redes qunticas esto se desenvolvendo rapidamente em todo o mundo, com testes prticos em vrias cidades. Trata-se de uma tecnologia fundamental para viabilizar uma internet quntica global: A capacidade de implementar comunicaes seguras em larga escala e, claro, conectar computadores qunticos globalmente.

A surpresa que os cientistas comearam a se dar conta de que as redes qunticas so mais versteis do que se pensava. o que acabam de demonstrar Johannes Borregaard (Instituto de Tecnologia Stevens), Jacob Covey (Universidade de Illinois) e Igor Pikovski (Universidade de Harvard).

O trio demonstrou como a tecnologia das redes qunticas pode ser usada para estudar como o espao-tempo curvo, previsto pela relatividade, afeta a teoria quntica. Seria o primeiro teste desse tipo envolvendo um dos temas mais quentes da fsica moderna: A unificao da mecnica quntica com a relatividade geral, no centro da qual est a busca por uma teoria quntica da gravidade.

Ambas as teorias – relatividade e mecnica quntica – tm passado por todos os testes observacionais a que foram submetidas, mas ainda h muitas perguntas sem respostas. Por exemplo, veja o caso da desacelerao do tempo perto de corpos de grande massa, como planetas e estrelas, prevista pela relatividade: Como essa mudana no fluxo do tempo afeta a mecnica quntica? A teoria quntica ou a relatividade geral, ou ambas, poderiam exigir modificaes em seus pontos de interseco?

Embora ainda no exista uma teoria completa da gravidade quntica, h indcios de que os princpios qunticos podem mudar na presena de um espao-tempo curvo. No entanto, explorar essa fronteira tem estado alm da capacidade dos experimentos. E a que entram as redes qunticas.

Usando qubits para testar relatividade e quntica

Em uma primeira aproximao, Borregaard e Pikovski mostraram que duas caractersticas nicas, mas distintas, da teoria quntica e da gravidade entram em jogo simultaneamente nas redes qunticas.

Na teoria quntica, existe o fenmeno da superposio: A matria pode existir no apenas em estados definidos especficos, mas tambm em misturas deles ao mesmo tempo. A computao quntica explora esse fato para fazer os qubits, que so superposies de 0 e 1, chamados de “estados gato”, por causa do famoso gato de Schrodinger.

As redes qunticas permitem algo alm dos qubits locais, podendo espalhar esses qubits por grandes distncias. Mas, nas proximidades da Terra, esses qubits tambm sero afetados pela curvatura do espao-tempo porque o prprio fluxo do tempo muda.

Os pesquisadores mostraram que superposies de relgios atmicos em redes qunticas captariam diferentes fluxos de tempo na superposio, e que isso abre uma porta para investigar como a teoria quntica e o espao-tempo curvo se entrelaam – ou se h uma fronteira entre o reino clssico e o reino quntico.

Como a teoria quntica se comporta no fluxo do tempo

Agora a equipe foi alm, e desenvolveu um protocolo concreto para fazer esse experimento.

O trio demonstrou como os efeitos qunticos podem ser distribudos entre os ns da rede usando os chamados estados W entrelaados (um entrelaamento entre trs ou mais qubits) e como a interferncia entre esses sistemas entrelaados registrada.

Tirando proveito dos recursos qunticos mais modernos, como o teletransporte quntico (transferncia do estado quntico de uma partcula para outra partcula) e pares de Bell entrelaados (estados maximamente entrelaados de dois qubits) em matrizes de tomos, torna-se possvel fazer um teste da teoria quntica em um espao-tempo curvo.

“Ns assumimos que a teoria quntica se aplica a todos os lugares, mas no sabemos realmente se isso verdade,” disse Pikovski. “Pode ser que a gravidade altere o funcionamento da mecnica quntica. De fato, algumas teorias sugerem tais modificaes, e a tecnologia quntica ser capaz de test-las.”

Isso demonstra que as redes qunticas no so apenas uma ferramenta prtica para uma futura internet quntica, mas tambm fornecem oportunidades nicas para o estudo da fsica fundamental que no podem ser alcanadas com a deteco clssica. E isso dever impulsionar ainda mais seu desenvolvimento – muitos especialistas j acreditam que a internet quntica ser uma realidade antes mesmo que tenhamos computadores qunticos rodando em larga escala.

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