Efeitos quânticos
A mecânica quântica não é uma teoria distante — ela se manifesta em experiências cujos resultados contrariam toda intuição cotidiana e, mesmo assim, são exatamente reprodutíveis. Quatro efeitos que marcam os limites do imaginável.
A experiência da dupla fenda
Ao enviar elétrons ou fótons individuais, um a um, através de duas fendas estreitas e paralelas, forma-se no anteparo atrás delas — partícula por partícula — um padrão de faixas claras e escuras. Exatamente o padrão que se esperaria se ondas passassem pelas duas fendas ao mesmo tempo e se reforçassem ou se anulassem mutuamente. Cada partícula parece, portanto, passar "pelas duas fendas ao mesmo tempo".
Mas, ao instalar um detector que mede por qual fenda a partícula realmente passa, o padrão de interferência desaparece imediatamente — restam apenas dois blocos simples, exatamente onde se esperaria encontrar partículas. É a mera medição — e não uma perturbação física — que decide se a partícula se comporta como onda ou como partícula. A experiência da dupla fenda com elétrons foi realizada pela primeira vez em 1961 por Claus Jönsson; que o padrão se forma efetivamente partícula a partícula foi demonstrado mais tarde por Pier Giorgio Merli, Gian Franco Missiroli e Giulio Pozzi (1974–76), e de forma marcante por Akira Tonomura e colegas (1989). A experiência é considerada o experimento central da mecânica quântica: Richard Feynman chamou-lhe "o único mistério".
O efeito túnel
Segundo a física clássica: se a energia de uma partícula não é suficiente para vencer uma barreira de potencial, ela inevitavelmente é rebatida — assim como uma bola que rola contra uma parede sem impulso suficiente para o morro atrás dela. Na mecânica quântica, porém, uma partícula não é uma esfera com posição definida, mas uma função de onda com uma certa extensão. Essa função de onda se estende também pela barreira e — com amplitude decrescente, mas nunca nula — até mesmo através dela.
O resultado: uma partícula pode aparecer, com determinada probabilidade, do outro lado de uma barreira, mesmo que, segundo o cálculo clássico, jamais devesse "conseguir" fazê-lo. O efeito túnel não é um fenômeno exótico e marginal — é a base do microscópio de tunelamento, que torna átomos individuais visíveis, impulsiona o decaimento radioativo alfa e possibilita a fusão nuclear no Sol: sem o efeito túnel, os núcleos de hidrogênio ali estariam simplesmente frios demais para se fundir.
Emaranhamento quântico
Duas partículas podem ser preparadas em um estado quântico conjunto, no qual suas propriedades ficam indissociavelmente ligadas — dizemos que estão emaranhadas. Antes de qualquer medição, nenhuma das duas partículas tem um estado definido: somente o ato de medir uma delas "decide" o resultado — e, no mesmo instante, o resultado da partícula parceira também fica determinado, e de forma exatamente correlacionada, não importa quão distantes as duas partículas estejam uma da outra.
Albert Einstein chamou esse comportamento, com ironia, de "ação fantasmagórica à distância" e estava convencido de que deveria haver variáveis ocultas, já determinadas de antemão, que o explicassem. John Bell mostrou matematicamente, em 1964, como essa ideia poderia ser testada experimentalmente — e experimentos desde os anos 1980 (entre eles um agraciado com o Prêmio Nobel de Física de 2022) confirmaram, de forma unânime, a mecânica quântica: não existem variáveis ocultas. É importante notar que o emaranhamento não permite transmitir informação mais rápido que a luz — o resultado de uma única medição permanece aleatório; apenas a correlação entre os dois resultados é real.
Teleporte quântico
O nome remete a Star Trek, mas o teleporte quântico não transporta matéria alguma — ele transfere um estado quântico exato de uma partícula para outra, destruindo o estado original no processo. O procedimento usa um par de partículas já emaranhadas: no local A, o estado a ser transmitido é medido em conjunto com uma metade do par emaranhado. O resultado dessa medição é transmitido — de forma clássica, portanto não mais rápido que a luz — até o local B. Ao chegar lá, esse resultado permite transformar a segunda metade do par emaranhado exatamente no estado original.
O ponto decisivo é o teorema da não-clonagem: um estado quântico desconhecido não pode, em princípio, ser copiado sem destruir o original — bem diferente de um documento do Word ou de uma foto. O teleporte contorna essa proibição deslocando o estado em vez de duplicá-lo. Em 2017, o satélite chinês Micius conseguiu teleportar fótons emaranhados entre a Terra e a órbita — a uma distância de 1.400 quilômetros. Na prática, o procedimento tem importância sobretudo para computadores quânticos e para a comunicação quântica à prova de escutas, não para o transporte de matéria ou de seres vivos.