Até agora, a busca por inteligência extraterrestre (SETI) tem usado estratégias baseadas na ciência clássica – escuta de ondas de rádio, telescópios observando sinais ópticos, telescópios em órbita vasculhando luz das atmosferas de exoplanetas, escaneando luz laser que pode vir de alienígenas. Poderia uma abordagem da mecânica quântica funcionar melhor?
Latham Boyle acha que talvez. Ele diz:
“É interessante que a nossa galáxia (e o mar de radiação cósmica de fundo em que está inserida) ‘permite’ a comunicação quântica interestelar em certas bandas de frequência.”
Pesquisador do Centro Higgs de Física Teórica da Universidade de Edimburgo, na Escócia, Boyle investigou a possibilidade e disse:
“Mas enquanto nossos telescópios atuais são grandes o suficiente para permitir a comunicação ‘clássica’ interestelar, a comunicação ‘quântica’ interestelar requer enormes telescópios. -muito maiores do que qualquer coisa que construímos até agora.”
Além disso, a sua análise leva a outra solução potencial para o paradoxo de Fermi.
Para a comunicação interestelar, Boyle escreveu “é natural perguntar se também é possível enviar ou receber comunicações quânticas interestelares“. Sua pré-impressão foi lançada no servidor de pré-impressão arXiv e submetida a uma revista revisada por pares.
A ideia é usar pares de qubits emaranhados, um mantido pelo remetente e outro enviado para a Terra. Há alguns anos, descobriu-se que duas partículas quânticas poderiam reter uma coerência quântica em distâncias interestelares e até galácticas, até mesmo emaranhadas uma com a outra – de alguma forma ligadas de modo que a determinação de uma propriedade de um qubit emaranhado determina imediatamente a do outro.
Esta estranha ligação já foi demonstrada entre fótons separados por mais de mil quilómetros, com um na superfície da Terra e o outro numa nave espacial que orbita o planeta.
Um qubit é uma unidade de informação quântica. A mecânica quântica permite, por meio da superposição quântica, que uma partícula como um fóton esteja em dois estados ao mesmo tempo, por exemplo, gire para cima e gire para baixo. Já na comunicação clássica, um fóton está em um único estado, um bit, ou seja, gira para cima ou para baixo, mas não os dois ao mesmo tempo. A diferença do qubit os torna mais poderosos para muitas aplicações.
Boyle concentrou-se nos requisitos físicos e nas limitações de envio e detecção de tal sinal qubit, começando com a “capacidade quântica” de uma transmissão – a taxa máxima na qual um canal de comunicações quânticas pode transmitir informações quânticas.
Muito já se sabe sobre canais de comunicação quântica a partir de estudos e experimentos de teletransporte quântico, criptografia quântica, emaranhamento quântico e outros fenômenos quânticos. Os protocolos baseados na comunicação quântica são exponencialmente mais rápidos do que aqueles baseados na comunicação clássica – canais que passam um bit de cada vez do transmissor para o receptor – para algumas tarefas.
Usando restrições conhecidas sobre a capacidade quântica dos chamados canais de apagamento quântico e propriedades do meio interestelar, Boyle conseguiu obter dois resultados importantes: uma capacidade quântica maior que zero exige que os fótons trocados estejam dentro de certas bandas de frequência permitidas, e que o diâmetro efetivo dos telescópios emissor e receptor deve ser maior que um valor proporcional à raiz quadrada do comprimento de onda do fóton multiplicado pela distância entre os telescópios.
De acordo com a análise de Boyle, uma capacidade quântica que não desaparece exige que os fótons trocados tenham um comprimento de onda inferior a 26,5 cm, principalmente para evitar complicações com a radiação cósmica de fundo.
Além disso, embora as comunicações clássicas possam acontecer se o receptor receber apenas uma pequena percentagem dos fótons transmitidos (como acontece com os sinais de rádio), as comunicações quânticas requerem que a maioria dos fótons enviados seja detectada no telescópio do receptor.
Para um telescópio terrestre, esse diâmetro seria enorme. O comprimento de onda do fóton deve ser de pelo menos 320 nm para atravessar a atmosfera da Terra, e dado que a distância até a nossa estrela mais próxima, Proxima Centauri, é de 4,25 anos-luz, Boyle descobre que um telescópio terrestre precisaria ter pelo menos 100 quilômetros de diâmetro.
Nem precisa dizer que esta é uma grande diferença em relação ao maior telescópio terrestre atualmente em construção, o European Extremely Large Telescope no Chile, que terá um diâmetro de 0,04 km (40 metros).
Boyle disse:
“Na verdade, os telescópios necessários são tão grandes que, se o emissor extraterrestre tiver um telescópio transmissor grande o suficiente, ele também poderá necessariamente ver que ainda não construímos um telescópio receptor suficientemente grande, então eles saberiam que ainda não faz sentido se comunicar conosco.”
E talvez não tenhamos ouvido falar deles, observa ele.
“Em outras palavras, a suposição de que os extraterrestres se comunicam através da mecanica quântica parece suficiente para explicar o paradoxo de Fermi.”
Acima da atmosfera, comprimentos de onda mais curtos poderiam ser utilizados, o que exigiria um telescópio menor, talvez na Lua ou no Ponto Lagrange L2 da Terra, mas mesmo os raios gama com comprimentos de onda da ordem de 0,001 nm ainda exigiriam diâmetros de telescópio de cerca de 200 metros.
O telescópio não precisa ser uma única antena parabólica – podem ser muitas pequenas antenas embaladas juntas (seja na Terra ou no espaço), mas teriam que ficar juntas, “como as células de um favo de mel”, disse Boyle.
Uma série de relês ou repetidores quânticos também poderia ser colocada na linha entre o emissor e o alvo, mas para diâmetros inferiores a 100 metros os telescópios repetidores precisariam ser colocados a cada décimo de unidade astronômica, o que inclui dentro do nosso próprio sistema solar. Mantê-los alinhados pode ser um problema (a princípio para eles, não para nós).
Uma peça que falta é como o receptor saberia que um sinal que chega é mecânico quântico em vez de clássico…
(Fonte)
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