Intro a Computação Quântica (Parte 2)

No último post vimos um pouco sobre as aplicações da Computação quântica e de como ela vai mudar os setores da medicina, química e Cyber Segurança que conhecemos.

Mas antes de ver como ele funciona, precisamos terminar a sua história, e com isso devemos continuar falando sobre John Bell e o seu famoso artigo revolucionário de uma maneira prática.

Mas, calma aí! Antes disso precisamos saber no contexto histórico em que ele foi inserido, sem saber isso não entenderíamos a importância desse artigo na Física e na Computação Moderna.

Algo que foi realmente importante no desenvolvimento da Física Quântica foi o debate de Niels Bohr e Albert Einstein sobre alguns pontos importantes dessa teoria que nessa época ainda estava no seu berço.

Niels Bohr assim como Einstein, foi um físico de extrema importância para vários campos da física, digno de notar são os seus artigos:

O objetivo desse artigo era:

Tentar mostrar a aplicação da ideias citadas na introdução do artigo ao modelo de Rutherford, e assim estabelecer uma teoria elegante sobre a constituição dos átomos.

Modelo de Rutherford visualmente:

Modelo de Bohr visualmente:

Esse artigo feito após ele ter recebido o Prêmio Nobel em Física mostra o desenvolvimento da sua Teoria com mais detalhes e de forma mais visual.

Essa imagem mostra em 2d a mesma concepção tridimensional das imagens acima, a lgo que hoje aprendemos na escola, mas que naquela época era um avanço gigantesco nesse meio.

A essência desse debate está em se a Teoria Quântica da uma descrição completa da realidade ou não. Como já vimos no último artigo (Por favor leia antes de continuar) o EPR mostrou que ela não dá!

Por trás dessa afirmação acima, fica claro que eles deixaram em aberto se essa descrição existe ou não realmente.

E que eles acreditavam que se eles não podiam ter certeza de que algo estava lá ou não, e que eles não podiam dar uma expressão matemática que provasse com certeza se o fóton girava para esquerda ou direita, então talvez deveria haver algo que ninguém percebeu mas que está fazendo a natureza agir dessa forma.

(Rotação de um Fóton Polarizado)

(Formação de ondas de um Fóton)

Começou a haver um debate acalorado dos dois lados da moeda, uns apoiando Einstein como Erwin Schrodinger (Do gato que vimos no post passado) e outros apoiando o lado de Bohr como Heisenbeirg.

Entanglement, na Física Quântica, é algo que acontece quando dois fótons (por exemplo) então ligados mutualmente de forma que quando você altera o estado de um você automaticamente altera o do outro não importa a distância entre eles.

Esse artigo acima foi escrito pelo Ph.d. Don Howard, Professor de Filosofia na Universidade de Notre Dame, e fala com muitos detalhes sobre essa controvérsia.

No início da pág ina 4, veja que essa discussão não era somente entre os dois Físicos, mas a comunidade acadêmica inteira nessa área estava discutindo quem estava certo ou errado, por que isso mudaria a maneira de ver a física para sempre.

Parte dessa discussão começou na Conferência de Solvay em 1927. Em os grande Físicos da Europa se juntavam para discutir assuntos relevantes nesse campo.

Embaixo é possível ver os nomes de quase todos os participantes. Einstein e Lorentz (Do qual Einstein se baseou bastante na formulação da Teoria da Relatividade Especial) no centro e Niel Bohr no canto direito da foto.

Dá pra ver que desde daí houve uma confrontação entre os dois amigos sobre as propriedades da física quântica, e principalmente, Entanglement.

No decorrer desse tempo, Einstein estava tentando criar um modelo para por a prova o Entanglement de fótons que Bohr e Heisenberg defendiam.

(Berlin Academy of Science)

Em uma palestra na Berlin Academy, ele tentou usar um modelo chamado Hidden Variables (Variáveis escondidas). O problema é que enquanto ele estava tentando mostrar que esse efeito não acontecia, o modelo não conseguia chegar na conclusão que ele queria, que Entanglement não existe.

O que a teoria de Hidden Variables queria provar, é que talvez existisse alguma coisa acontecendo por baixo dos panos entre essas partículas que antes de nós as observarmos elas já tinha o seu estado determinado.

É mais ou menos assim: “Porque esse copo está quebrado e este outro inteiro”?, “Ué, alguém quebrou um antes de você chegar.” Determinismo.

A opinião de Bohr seria: “Porque esse copo está quebrado e este outro inteiro?”, “ Bom, no momento em que você viu esses copos, um inteiro e um quebrado, foi entre esse momento que havia 50% de probabilidade de um deles estar quebrado ou não.” Não-Determinismo.

Eu meio que dei um exemplo meio estranho, talvez incompleto da opinião dos dois, mas dá pra ver que de um ponto de vista racional, a primeira parece ser a verdadeira, mas não é…

À partir de 1927, parece que Bohr começa a dar mais força as suas ideias. Com o “Princípio da Incerteza” de Heisenberg, e a ideia de que quando você observa o estado de uma partícula esse observar muda a direção de rotação da outra partícula que está ligada com a primeira.

Quando você mede uma partícula ligada com outra mesmo à duas galáxias de distância, ela muda o seu estado no momento que você mede no laboratório.

Einstein achava isso uma burrice, c omo que quando você observa uma partícula ligada a outra dessa forma ela automaticamente muda o estado da outra? Isso é anormal para a física clássica e o princípio de localidade e realismo que prega a objetividade do Universo.

“Eu gosto de pensar que a lua está lá mesmo quando não estou olhando pra ela.” — Albert Einstein

Esse debate foi bem intenso durante anos, os dois lado tinham bons argumentos, mas em 1964 John Bell com as suas Inequalidades deu um teste que poderia provar quem estava certo.

O objetivo era mostrar como a teoria das Hidden Variables não conseguiam dar uma concretude para a teoria quântica e um experimento para mostrar o comportamento desses fótons na prática.

Um exemplo bem basicão desse experimento é colocar 3 lentes polarizadas (Pode ser de óculos) e ver o efeito produzido, em que a segunda lente apaga a luz da primeira e a terceira em vez de diminuir a luz a aumenta.

Imagine 100 fótons, passando por essas lentes, qual a probabilidade d e alguns deles passarem através da lente A, B ou C? Tem como saber isso matematicamente e explicar esse fenômeno?

Isso já foi feito diversas vezes em laboratório, para provar a incerteza dos estados dessas 2 partículas ligadas, nesse caso fótons.

Em 1972, acidentalmente John F. Clauser esbarrou em um artigo esquecido nos confins da Universidade, em que ele viu algo extraordinário se ele pudesse ser feito na prática.

12 anos depois do artigo de John Bell ser publicado o experimento realizado por Clauser e Freedman deram a entender que Einstein, Rosen, Podolsky, Schrodinger estavam errados sobre a Física Quântica, ela parecia dar sinais de que era uma teoria completa.

O engraçado é que no Documentário sobre esse assunto, ele fala de como ele queria provar que Einstein estava certo, não Bohr. M as refazendo o experimento várias vezes ficava cada vez mais óbvia a verdade.

Desde 50:00 até o final nesse documentário, JIm-Al-Khalili mostra esse experimento na prática.

Se P(A, C) + P(B, A) — P(B, C) < ou igual a 2 Einstein estaria certo.

Recentemente conseguiram até tirar uma foto de fótons que prova o entanglement na prática.

Aqui John Bell fala sobre isso, que se o número for maior que 2 nesse experimento a predeterminação dos estados das partículas estaria errada.

Ou seja, observar o estado de um fóton ligado a outro muda o estado desse outro fóton. Loucura, mas é assim que a natureza criada por Deus funciona.

No próximo post iremos falar sobre Richard Feyman e o ínicio da ideia de um Computador Quântico!

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