O teletransporte de fótons já é feito há cerca de 5 anos, e a revista Nature de 17 de junho de 2004 relata o teletransporte de grupos de átomos de berílio. Portanto, o teletransporte já é uma realidade, embora ainda estejamos muito longe do (provavelmente inatingível) transporte de seres humanos e objetos macroscópicos. O entrelaçamento é o fundamento de toda experiência de teletransporte quântico. As funções matemáticas que descrevem o estado quântico de cada uma das partículas entrelaçadas ficam indissociavelmente ligados, e essa característica é utilizada para o teletransporte. Espera-se que o teletransporte quântico possibilite a criação de novos computadores com velocidades de um milhão a um bilhão de vezes maiores que as atuais.

Embora o teletransporte de seres humanos ou de qualquer objeto macroscópio ainda seja um sonho, o teletransporte quântico de fótons (partículas de luz) e de grupos de átomos já é uma realidade. Segundo a revista Nature de 17 de junho de 2004, átomos de berílio foram telestransportados numa experiência descrita por David Wineland.

Em grande parte dos filmes em que há teletransporte de pessoas ou objetos, o objeto a ser transportado é escaneado para que se retire dele toda a informação necessária para reproduzi-lo. Em seguida esta informação é enviada para uma estação distante, onde é usada para que o objeto original seja reconstruído. Em alguns casos a matéria de que o objeto teletransportado é constituído também é transportada, em geral na forma de energia (e nesse caso, o original desaparece), e em outros casos é utilizado material local (então obtém-se uma réplica do objeto original).

A mecânica quântica torna esse tipo de teletransporte impossível por princípio. O princípio da incerteza de Heisenberg afirma que não podemos conhecer ao mesmo tempo a posição e o momento exatos de uma partícula, de forma que haveria uma incerteza em todas as posições e momentos (e consequentemente, velocidades) de todos os elétrons e átomos do objeto a ser teletransportado. Não é possível "escaneá-lo" e com a informação obtida, remontá-lo exatamente da mesma maneira. O princípio da incerteza também se aplica a outros pares de medidas (não só posição e velocidade), de forma que é impossível conhecer o estado quântico completo de qualquer objeto com a precisão necessária para reconstruí-lo.

Para entender um pouco isso, vamos supor que Alice tenha um fóton no estado M, e queira transferir a informação sobre a polarização de M para seu amigo Beto, que estará muito distante no momento de receber a informação. Ela não quer enviar o próprio fóton para ele, porque tem receio de que seu estado seja alterado ao longo do percurso. Ou talvez essa polarização faça parte de uma mensagem secreta, e ela não quer que ele seja interceptado.

Um fóton é uma partícula de luz. Mas a luz também é uma onda eletromagnética. Como tal, ela é resultado da oscilação de um campo elétrico. Para visualizar essa oscilação, imagine uma corda vibrando com uma ponta amarrada na árvore, e outra na sua mão. Você pode fazê-la vibrar paralelamente ao chão, ou perpendicularmente a ele. Na verdade, você pode vibrá-la também em qualquer direção intermediária a essas duas já mencionadas. A polarização de um fóton é a direção da oscilação do campo elétrico da onda eletromagnética correspondente.

Há ainda uma outra dificuldade fundamental para o envio da polarização do fóton M. Alice não pode simplesmente medir a polarização, e enviá-la pra Beto.

O estado de um sistema quântico, como por exemplo, uma partícula, nunca pode ser completamente conhecido. Como vimos, a polarização de um fóton pode ter qualquer direção entre a vertical e a horizontal. Mas quando formos medi-la, temos 50% de chance de que o resultado seja polarização vertical e 50% de chance de que ela seja horizontal (nós não obtemos nunca as polarizações intermediárias na medida). Mas essa não era a polarização do fóton antes da medida. O fato da medida ser realizada, alterou o estado do fóton. Esse fato é fundamental na Mecânica Quântica.

Portanto, se Alice medisse a polarização do fóton M para enviar a informação para Beto, ela não só não obteria a polarização correta, como perderia completamente a chance de obtê-la. Ela precisa dar um jeito de enviar essa informação sem conhecê-la.

Um grupo de físicos conseguiu superar esse problema em 1993, (para o caso particular de teletransporte de fótons) usando uma característica peculiar e fundamental da própria mecânica quântica, chamada entrelaçamento.

O entrelaçamento é o fundamento de toda experiência de teletransporte quântico. Focalizando um feixe de fótons sobre certos cristais, pode-se obter dois feixes distintos de fótons que estão entrelaçados: cada fóton do primeiro desses dois feixes tem uma espécie de gêmeo no segundo. Dizemos que eles estão entrelaçados porque a função matemática (ou função de onda) que rege o comportamento de um deles, é indissociável da função de onda que rege o comportamento do outro. Se um desses dois fótons interage com um terceiro, seu estado, quer dizer, a informaçao quântica que o caracteriza repercurte sobre o seu gêmeo, e pode ser portanto, teletransportada.

Isso quer dizer que quando efetuamos a medida de uma grandeza de uma dessas partículas, a mesma grandeza estará automaticamente determinada para a outra partícula, mesmo muito tempo após a interação, quando as partículas já estão separadas por uma longa distância (desde que o entrelaçamento não tenha sido rompido).

Suponhamos que Alice e Beto entrelaçaram dois fótons K e L de forma que suas polarizações sejam iguais. Ao medir a polarização de seu fóton para ver se ele está vertical ou horizontalmente polarizado, Alice terá 50% de chance de obter cada uma das respostas. O fóton de Beto tem exatamente as mesmas probabilidades. Mas o fato deles estarem entrelaçados, fará com que Beto e Alice obtenham exatamente o mesmo resultado se resolverem medir as polarizações de seus fótons, tanto fazendo qual deles realizará primeiro a medida, quanto tempo depois o outro fará a sua, a que distância estarão, se um deles está na Terra, e o outro em Alfa-Centauro, etc., desde que o entrelaçamento se conserve.

Assim que Beto realizar a medida, obtendo, digamos, "vertical", ele saberá que, quando for medido, o fóton de Alice também apresentará polarização vertical.

Se Alice quer transportar para Beto a polarização de M (que eles não conhecem), vai ser necessário então que eles produzam dois fótons entrelaçados, A e B, com a mesma polarização. Eles não medem a polarização desses fótons. Beto viaja com seu fóton B e fica aguardando um contato de Alice.

Alice entreleça o fóton M, cuja polarização ela quer enviar a Beto, com o fóton A que ficou em seu poder. Desta forma, obtemos um sistema AM, que está entrelaçado ao fóton B. Em seguida, ela faz uma medida da relação entre as polarizações de A e de M, determinando, por exemplo, que a polarização de A é perpendicular à de M, ou igual, ou oposta (as polarizações individuais não são medidas). Fazer uma medida da relação entre as polarizações não altera essas mesmas polarizações.

Porém, como o fóton B está entrelaçado com o sistema AM, a medida da relação entre as polarizações A e M altera a polarização de B e mais ainda, com um pouco de álgebra (onde se usa a relação entre A e M que já é conhecida), fica-se sabendo qual é a transformação que deve ser aplicada à B para que sua polarização seja a mesma de M.

O mais interessante é que Beto não tem como saber qual a operação a ser realizada, nem quando, porque ele não sabe quando Alice realizou a medida, nem que resultado ela obteve. Por isso é necessário que Alice passe para ele essa informação, de uma forma clássica, convencional, ou seja, não quântica. Ela pode escrever uma mensagem, telefonar, ou utilizar qualquer meio usual de comunicação.

Quando Beto receber a mensagem de Alice, e executar a operação simples que é necessária (que pode ser girar a polarização de B de 90^o, deixá-lo como está, etc.) , o fóton B terá a polarização do fóton M. Isso é equivalente a teletransportar M, porque dois fótons com mesma polarização são indistinguíveis.

É importante lembrar que a polarização inicial do fóton M foi destruída quando ele foi entrelaçado com A. Portanto, o original tem que ser destruído para que se realize o teletransporte.

1) Zeilinger, Anton, em publicação na Scientific American de abril de 2000 (bastante utilizado na elaboração do presente texto).
2) Kimble, J. e Van Enk, Nature, vol. 429, 737.

Se você conhece Mecânica Quântica, e tem certo traquejo com seus cálculos, dê uma olhada em:

1) Einstein, Podolsky, Rosen, "Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete?" em Physical Review, volume 47, pag. 777 (1935).
2) Bennet et al., "Teleporting an Unkown Quantum State via Dual Classical and Einstein-Podolsky-Rosen Cahnnels" em Physical Review Letters, vol. 70, pag.1895 (1993).