Criptografia quântica vai funcionar mesmo se teoria quântica for superada

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/06/2022

Foi descoberta uma nova conexão entre superposição e emaranhamento que garante a segurança da criptografia quântica mesmo em teorias "além do quântico".
[Imagem: Ludovico Lami]

Realidade à prova de teorias

A física do reino atômico envolve dois conceitos famosos e bizarros, a superposição e o emaranhamento (ou entrelaçamento), ambos descritos matematicamente pela teoria quântica.

A superposição envolve o fato de que, antes da observação, é impossível saber com certeza o resultado de uma medição em uma partícula - em vez disso, a partícula existe em uma "superposição" abrangendo vários estados mutuamente exclusivos. Assim, uma partícula pode estar em dois ou mais lugares ao mesmo tempo, e você só pode calcular a probabilidade de encontrá-la em um determinado local. No momento em que você fizer a medição, o estado da partícula "colapsa" em um valor específico.

O emaranhamento é um elo que Einstein chamou de fantasmagórico, que pode unir dois objetos não importando o quanto eles sejam separados - tudo o que acontecer a um instantaneamente afetará o outro, independentemente da velocidade da luz.

Mas a maioria dos físicos acredita que a teoria final da realidade está além da teoria quântica porque ela não incorpora a força da gravidade.

Ora, e se uma "teoria de tudo" mais abrangente substituir a teoria quântica e dizer que não é nada disso, que superposição e emaranhamento eram apenas interpretações parciais ou algo do tipo?

Além das teorias e da nossa compreensão do Universo, isso teria algumas implicações práticas imediatas. Por exemplo, se a teoria quântica for substituída, isso poderia significar que a criptografia quântica não seria mais segura, já que ela se baseia naqueles fenômenos estranhos da atual teoria quântica?

Felizmente, parece não haver grandes motivos para preocupações.

Uma equipe de físicos e matemáticos acaba de descobrir uma nova conexão entre essas duas propriedades estranhas - superposição e entrelaçamento - que não depende do pressuposto de que a teoria quântica esteja correta.

Outro momento de alívio ocorreu quando, recentemente, ficou demonstrado que a criptografia baseada no caos pode evitar o "apocalipse quântico".
[Imagem: Ritsumeikan University]

Além do quântico

Para saber se a criptografia quântica e outras aplicações estão imunes a problemas na teoria quântica, os físicos queriam verificar se a superposição e o emaranhamento são dependentes da teoria quântica ou se eles podem ser pensados em termos de alguma teoria mais geral, mesmo que ainda desconhecida.

Guillaume Aubrun e seus colegas resolveram esse quebra-cabeça deixando de lado a matemática usada pela mecânica quântica e, em vez dela, estudando "teorias probabilísticas gerais". Eles começaram estudando as características e as limitações da inteligência em teorias probabilísticas generalizadas, o que permitiu examinar como a informação é processada em sistemas abstratos, o que cobre sistemas clássicos, quânticos e "além do quântico".

Eles demonstraram matematicamente que duas teorias físicas apresentam emaranhamento quando combinadas, se e somente se ambas apresentarem superposições locais. Isso significa que o emaranhamento e a superposição são equivalentes em qualquer teoria física, e não apenas na teoria quântica.

Eles também calcularam que, em sistemas onde essa equivalência é válida - seja quântica ou além do quântico - as leis da teoria podem ser exploradas para implementar algoritmos de criptografia ultra-segura. Em particular, a equipe mostrou que um protocolo criptográfico quântico popular, conhecido como "BB84", sempre funcionará - mesmo que um dia se descubra que a teoria quântica não está totalmente correta e precisa ser substituída por uma teoria mais fundamental.

"É de alguma forma reconfortante saber que a criptografia é realmente uma característica de todas as teorias não clássicas, e não apenas uma estranheza quântica, já que muitos de nós acreditam que a teoria final da natureza provavelmente não será clássica," disse Ludovico Lami, da Universidade de Ulm, na Alemanha e coautor do estudo. "Mesmo se um dia descobrirmos que a teoria quântica está incorreta, ainda saberemos que a distribuição de chaves secretas pode, em princípio, funcionar."

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