Internet quântica permitirá testar espaço-tempo curvo e mecânica quântica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/07/2025

Ilustração de uma rede quântica de relógios distantes. Os relógios entrelaçados poderão testar como a teoria quântica se comporta na presença do espaço-tempo curvo, conforme previsto por Einstein - ou se nossas teorias atuais se quebram.
[Imagem: Igor Pikovski]

Redes quânticas como laboratórios de física

As redes quânticas estão se desenvolvendo rapidamente em todo o mundo, com testes práticos em várias cidades. Trata-se de uma tecnologia fundamental para viabilizar uma internet quântica global: A capacidade de implementar comunicações seguras em larga escala e, claro, conectar computadores quânticos globalmente.

A surpresa é que os cientistas começaram a se dar conta de que as redes quânticas são mais versáteis do que se pensava. É 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 quânticas pode ser usada para estudar como o espaço-tempo curvo, previsto pela relatividade, afeta a teoria quântica. Seria o primeiro teste desse tipo envolvendo um dos temas mais quentes da física moderna: A unificação da mecânica quântica com a relatividade geral, no centro da qual está a busca por uma teoria quântica da gravidade.

Ambas as teorias - relatividade e mecânica quântica - têm passado por todos os testes observacionais a que foram submetidas, mas ainda há muitas perguntas sem respostas. Por exemplo, veja o caso da desaceleração do tempo perto de corpos de grande massa, como planetas e estrelas, prevista pela relatividade: Como essa mudança no fluxo do tempo afeta a mecânica quântica? A teoria quântica ou a relatividade geral, ou ambas, poderiam exigir modificações em seus pontos de intersecção?

Embora ainda não exista uma teoria completa da gravidade quântica, há indícios de que os princípios quânticos podem mudar na presença de um espaço-tempo curvo. No entanto, explorar essa fronteira tem estado além da capacidade dos experimentos. E é aí que entram as redes quânticas.

Já está pronto o primeiro sistema operacional para redes quânticas.
[Imagem: C. Delle Donne et al. - 10.1038/s41586-025-08704-w]

Usando qubits para testar relatividade e quântica

Em uma primeira aproximação, Borregaard e Pikovski mostraram que duas características únicas, mas distintas, da teoria quântica e da gravidade entram em jogo simultaneamente nas redes quânticas.

Na teoria quântica, existe o fenômeno da superposição: A matéria pode existir não apenas em estados definidos específicos, mas também em misturas deles ao mesmo tempo. A computação quântica explora esse fato para fazer os qubits, que são superposições de 0 e 1, chamados de "estados gato", por causa do famoso gato de Schrodinger.

As redes quânticas permitem algo além dos qubits locais, podendo espalhar esses qubits por grandes distâncias. Mas, nas proximidades da Terra, esses qubits também serão afetados pela curvatura do espaço-tempo porque o próprio fluxo do tempo muda.

Os pesquisadores mostraram que superposições de relógios atômicos em redes quânticas captariam diferentes fluxos de tempo na superposição, e que isso abre uma porta para investigar como a teoria quântica e o espaço-tempo curvo se entrelaçam - ou se há uma fronteira entre o reino clássico e o reino quântico.

Outra proposta envolve usar a luz para esclarecer a conexão entre mecânica quântica e relatividade.
[Imagem: Gerado por IA/Gemini]

Como a teoria quântica se comporta no fluxo do tempo

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

O trio demonstrou como os efeitos quânticos podem ser distribuídos entre os nós da rede usando os chamados estados W entrelaçados (um entrelaçamento entre três ou mais qubits) e como a interferência entre esses sistemas entrelaçados é registrada.

Tirando proveito dos recursos quânticos mais modernos, como o teletransporte quântico (transferência do estado quântico de uma partícula para outra partícula) e pares de Bell entrelaçados (estados maximamente entrelaçados de dois qubits) em matrizes de átomos, torna-se possível fazer um teste da teoria quântica em um espaço-tempo curvo.

"Nós assumimos que a teoria quântica se aplica a todos os lugares, mas não sabemos realmente se isso é verdade," disse Pikovski. "Pode ser que a gravidade altere o funcionamento da mecânica quântica. De fato, algumas teorias sugerem tais modificações, e a tecnologia quântica será capaz de testá-las."

Isso demonstra que as redes quânticas não são apenas uma ferramenta prática para uma futura internet quântica, mas também fornecem oportunidades únicas para o estudo da física fundamental que não podem ser alcançadas com a detecção clássica. E isso deverá impulsionar ainda mais seu desenvolvimento - muitos especialistas já acreditam que a internet quântica será uma realidade antes mesmo que tenhamos computadores quânticos rodando em larga escala.

Mais tópicos