4.a) Superposição e emaranhamento quântico

Na literatura científica existem inúmeras explicações sobre os fenômenos chamados superposição e emaranhamento quântico. Aqui não é repetir em outras palavras, o que é indicado na Wikipedia ➹, pelo contrário, a ideia é apresentar um parecer fundamentado sobre a superposição e por que falar sobre a comunicação instantânea entre partículas emaranhadas quando todos entrelaçados é a correlação da ignorância de seus estados individuais.

Geralmente seguem explicações acadêmicas não é fácil, porque ignoram os conceitos básicos e são misturados a conceitos técnicos complexos com uma terminologia fantasiosa –teleportación quântica, decoerência, Interpretação Muitos Mundos. A referência ao Einstein e ao paradoxo do EPR ➹ ajuda a aceitar cegamente os conceitos de gato que não são compreendidos.

Finalmente, se alguém insiste em tentar entender esses conceitos básicos, eles são apenas apresentados como contra intuitivos e formalizando-os com fórmulas matemáticas –desigualdades de Bell ➹–única para os profissionais de física teórica e filosofia grego-oriental.

O fato de que as interpretações mais sensacionais do entrelaçamento quântico sejam impossíveis não significa que o desenvolvimento científico e tecnológico não precise de pesquisas sobre as características reais das partículas físicas. Também não é surpreendente que certas investigações não sejam explicadas publicamente com precisão, levando em conta a geopolítica do passado, presente e certamente futuro mundo.

A confusão sobre esta questão derivar a principal característica da Mecânica Quântica, o princípio da incerteza de Heisenberg, que exige que você trabalhe com funções de probabilidade –funções de onda–, assim, a impossibilidade de prever o valor real das propriedades quânticas como para o problema da medição. A medição informa de um estado passado porque afeta a evolução do mesmo, destruindo sua coerência temporal.

Para explicar o entrelaçamento quântico vamos limitar o caso do Spin dos elétrons e usar um exemplo clássico combinando com conceitos Spin, superposição, entrelaçamento e comunicação instantânea com o seu homólogo quântico.

  • Spin.

    O importante é saber que Spin é uma propriedade quântica que pode levar dois valores para o elétron, mas que seu valor não pode ser conhecido sem alterar a realidade física, ou seja, sua medida por um momento específico não informa seu estado subsequente, pois a própria medição pode alterar seu valor. Em outras palavras, quando você cria ou escolhe um novo elétron, você não sabe que Spin o possui.

    Na página sobre a estrutura do Átomo Global, dedicamos uma breve seção ao Princípio de Pauli e outra ao Spin e ao momento angular orbital dos elétrons. Independentemente de saber seu valor ou não, é importante ter em mente que o elétron de um átomo pode estar alterando seu valor, mas o elétron livre não muda seu Spin, embora permaneça desconhecido. Isto é porque só pode ser medido uma vez, e isso assumindo que não mudou por algum fator externo –decoerência quântica em caso de emaranhamento.

    Nosso exemplo é uma moeda girando na mesa tão rápido que, se tirarmos uma foto super-rápida, não sabemos qual será o resultado.

    A priori, temos uma função de probabilidade de 50% que é cara.

    É por isso que a famosa frase do gato vivo e morto ao mesmo tempo é dita, pela função de probabilidade da onda. Curiosamente, o que é contra intuitivo é o exemplo usado de um gato morto e vivo, porque o sorteio de uma moeda, um Spin ou outro, são exemplos perfeitamente intuitivos.

  • Superposição quântico.

    Outro aspecto não menos interessante é o modo de interpretar as fórmulas estatísticas de probabilidade; como não se sabe se é cara ou cruz de uma moeda antes de tirar a foto, é dito que ela está em dois lugares ao mesmo tempo ou que está em um estado de superposição.

    Terminologia confusa, quando você não sabe qual é o evento real, mas se sua probabilidade, diz-se que ambas as coisas acontecem ao mesmo tempo –o evento e seu oposto– apesar de serem probabilidades exclusivas.

    É uma metáfora conceitual inversa –tratar características de conceitos abstratos como propriedades físicas das coisas– e, nesse caso, é um evento impossível.

    Em outras palavras, como a visão não consegue ver a face ou a cruz enquanto a moeda gira –como o efeito óptico da imagem–, eles dizem que ela está sobreposta, embora, se tirassem a foto, verificassem que ela é uma suposição errônea. Além disso, eles nunca encontraram um gato moribundo.

    Superposição
    Suposição errônea
    Seis imagens de uma moeda girando sem ver o rosto ou a cruz.

    Em suma, a realidade física não é anti-intuitiva, mas a suposição equivocada. É certamente um erro grave, porque a priori não há razão científica para justificá-lo. Não é uma desculpa dizer que é uma sobreposição de probabilidades; porque o conceito de probabilidade o carrega implicitamente, e precisamente indica que uma possibilidade exclui a outra e a soma de todas as probabilidades é sempre igual a uma. Além disso, eles não dizem isso, as probabilidades não são duas coisas ao mesmo tempo nem estão em dois lugares ao mesmo tempo; porque são conceitos abstratos, a menos que estejamos falando de outros mundos.

    Um problema adicional da Mecânica Quântica com a ignorância sobre o estado real e as suas causas é que se colocarmos a foto em um envelope sem olhar para ela e enviado por correio para o país B, estão dizendo que está em estado de superposição, apesar que no envelope há apenas uma foto e você não pode dizer que há um gato fechado ou uma moeda girando. O exemplo quântico correspondente do envelope seria um elétron livre, uma vez que, como vimos, o Spin desses elétrons não altera seu valor, exceto os possíveis casos de decoerência quântica.

  • Emaranhamento quântico.

    Agora imagine que a câmera tira duas fotos e que está sincronizada com a velocidade de rotação, de modo que, se a primeira foto for cara, a segunda é cruz. Se colocarmos as fotos sem olhar para eles em dois envelopes, e que enviamos para o país B e outro para o país C, as imagens seriam interligados pois sabemos que se uma é cara, a outra é cruz e vice-versa.

    A Mecânica Quântica sabe que às vezes dois elétrons têm valores opostos de Spin; nesse caso, você tem mais informações sobre um elétron porque ele faz parte de um sistema de duas partículas. É sobre o jogo das probabilidades condicionadas; se se soubesse que se tem um Spin ½, então seria sabido que o outro tem -½. Neste caso, diz-se que as partículas estão interligadas.

    Logicamente, e sem levar em conta a possibilidade de decoerência quântica, apesar de não abrir os envelopes não tem qualquer informação adicional, mas no momento de abrir um envelope o conteúdo dos dois envelopes será conhecido. Exatamente o mesmo pode ser dito sobre os valores de Spin dos dois elétrons.

    Do ponto de vista da função de probabilidade, falamos de superposição das funções de partículas entrelaçadas, no sentido de que a função de probabilidade do sistema incorpora mais informações sobre suas partículas por interdependência mútua.

    O emaranhamento pontual no momento inicial é experimentalmente demonstrado e não há nenhum problema a esse respeito, desde que o conceito não seja estendido à comunicação instantânea subsequente entre partículas separadas, uma vez que essa circunstância não é demonstrada experimentalmente.

  • Comunicação instantânea.

    Se abrirmos o envelope entrelaçado do país B e tivermos a foto com a face da moeda, saberemos imediatamente que o envelope do país C tem a foto da cruz, mas isso não significa que o carteiro correu para colocar a foto com a cruz no envelope do país C, mas já estava no envelope desde que foi enviado.

    É conveniente ter cuidado com a terminologia quântica, o fato de saber imediatamente o conteúdo do envelope do país C é chamado de colapso instantâneo da função de onda. Em outras palavras, uma vez que não há mais incerteza sobre o seu conteúdo, diz-se que a função de onda –função de probabilidade– entrou em colapso, em mimetismo paradoxal com o verdadeiro colapso de uma onda mecânica.

    A comunicação instantânea entre envelopes ou partículas não existe, pelo menos enquanto não for demonstrada por experimentos sem um gato fechado.

    Outro exemplo é a criação de dois fótons entrelaçados na aniquilação de um pósitron e um elétron. Aqui está mais clara, como os fótons dextrogiros e levogiros são criados entrelaçados per a natureza das partículas que criam, e uma vez criados não mudarem de Spin, exceto decoerência quântica, e não se comunicam uns com os outros, apesar de estar entrelaçados.

    No que diz respeito à comunicação instantânea de informações, ela não existe porque as informações obtidas no país B devem ser comunicadas ao país C para que conheçam o conteúdo de seu envelope sem precisar abri-lo. É claro que informações condicionadas com códigos pré-estabelecidos podem ter efeitos, mas de maneira equivalente a qualquer sistema clássico com as mesmas características.

  • Não aplicação do princípio da incerteza.

    Parece óbvio que conhecer o conteúdo de um envelope sem abri-lo, mesmo que não seja instantâneo, não implica nenhum paradoxo. É uma superação ou exceção do princípio da Incerteza de Heisenberg, não suponha que conhecimento seja qualquer limitação, por não ter aberto o envelope; ou o que é o mesmo, não tendo feito a medição em Mecânica Quântica.