Einstein's brilliant mistake: Entangled states - Chad Orzel

Tradutor: Inês Freire Revisora: Margarida Ferreira

Albert Einstein played a key role in launching quantum mechanics

Albert Einstein teve um papel fundamental no lançamento da mecânica quântica,

through his theory of the photoelectric effect

através da sua teoria do efeito fotoelétrico

but remained deeply bothered by its philosophical implications.

mas manteve-se profundamente preocupado com as suas implicações filosóficas.

And though most of us still remember him for deriving E=MC^2,

Apesar de muitos de nós ainda se lembrar dele pela fórmula E=MC^2,

his last great contribution to physics was actually a 1935 paper,

a sua última grande contribuição para a Física foi um artigo de 1935,

coauthored with his young colleagues Boris Podolsky and Nathan Rosen.

feito em colaboração com os seus jovens colegas Boris Podolsky e Nathan Rosen.

Regarded as an odd philosophical footnote well into the 1980s,

Considerada como uma estranha e filosófica nota de rodapé até meados dos anos 80,

this EPR paper has recently become central to a new understanding of quantum physics,

este artigo EPR foi recentemente considerado essencial

para um novo entendimento da mecânica quântica,

with its description of a strange phenomenon

com a sua descrição de um estranho fenómeno

now known as entangled states.

agora conhecido por "estados entrelaçados".

The paper begins by considering a source that spits out pairs of particles,

O artigo começa por considerar uma fonte que emite pares de partículas,

each with two measurable properties.

cada uma delas com duas propriedades mensuráveis.

Each of these measurements has two possible results

Cada uma dessas medições tem dois resultados possíveis,

of equal probability.

de igual probabilidade.

Let's say zero or one for the first property,

Consideremos 0 ou 1 para a primeira propriedade

and A or B for the second.

e A ou B para a segunda.

Once a measurement is performed,

Quando se realiza uma medição,

subsequent measurements of the same property in the same particle

as medições subsequentes da mesma propriedade na mesma partícula

will yield the same result.

vão obter o mesmo resultado.

The strange implication of this scenario

A estranha implicação desta situação

is not only that the state of a single particle

não é apenas que o estado de uma partícula

is indeterminate until it's measured,

é indeterminado até ser medido,

but that the measurement then determines the state.

mas também que, assim sendo, é a medição que determina o estado.

What's more, the measurements affect each other.

E, além disso, que as medições se afetam uma à outra.

If you measure a particle as being in state 1,

Se medirmos uma partícula como estando no estado 1,

and follow it up with the second type of measurement,

e de seguida fizermos um segundo tipo de medição,

you'll have a 50% chance of getting either A or B,

haverá uma probabilidade de 50% de obter A ou B,

but if you then repeat the first measurement,

mas, se a seguir, repetirmos a primeira medição,

you'll have a a 50% chance of getting zero

teremos 50% de probabilidade de obter 0

even though the particle had already been measured at one.

mesmo que a partícula já tenha sido medida como 1.

So switching the property being measured scrambles the original result,

Assim, mudar a propriedade a ser medida baralha o resultado inicial,

allowing for a new, random value.

permitindo a obtenção de um valor novo e aleatório.

Things get even stranger when you look at both particles.

Fica tudo ainda mais estranho quando olhamos para ambas as partículas.

Each of the particles will produce random results,

Cada uma das partículas gerará um resultado aleatório

but if you compare the two,

mas, se compararmos os dois,

you will find that they are always perfectly correlated.

vemos que ambos estão perfeitamente correlacionados.

For example, if both particles are measured at zero,

Por exemplo, se ambas as partículas são medidas como zero,

the relationship will always hold.

esta relação irá manter-se sempre.

The states of the two are entangled.

Os estados das duas partículas estão "entrelaçados".

Measuring one will tell you the other with absolute certainty.

A medição de uma irá dar-nos a da outra, sem margem para erro.

Mas este entrelaçamento parece desafiar

But this entanglement seems to defy Einstein's famous theory of relativity

a famosa teoria da relatividade de Einstein

because there is nothing to limit the distance between particles.

porque não há nada que limite a distância entre as partículas.

Se medirmos uma em Nova Iorque ao meio-dia

If you measure one in New York at noon,

and the other in San Francisco a nanosecond later,

e outra em São Francisco um nanossegundo depois,

they still give exactly the same result.

iremos obter exatamente o mesmo valor.

But if the measurement does determine the value,

Mas se a medição determina o valor

then this would require one particle sending some sort of signal to the other

isso implica que uma partícula envia uma espécie de sinal à outra

at 13,000,000 times the speed of light,

a uma velocidade 13 milhões de vezes superior à velocidade da luz,

which according to relativity, is impossible.

o que é impossível, de acordo com a teoria da relatividade.

For this reason, Einstein dismissed entanglement as "spuckafte ferwirklung,"

Por isso, Einstein rejeitou esse entrelaçamento

como sendo"spuckafte ferwirklung"

or spooky action at a distance.

ou "ação fantasmagórica à distância".

He decided that quantum mechanics must be incomplete,

Ele concluiu que a mecânica quântica devia estar incompleta,

a mere approximation of a deeper reality in which both particles

uma mera aproximação de uma realidade mais profunda,

em que ambas as partículas possuem estados predeterminados

have predetermined states that are hidden from us.

que estão ocultos para nós.

Supporters of orthodox quantum theory lead by Niels Bohr

Os defensores da teoria quântica ortodoxa, liderados por Niels Bohr,

maintained that quantum states really are fundamentally indeterminate,

mantiveram que os estados quânticos são, por definição, indeterminados,

and entanglement allows the state of one particle

e o entrelaçamento permite que o estado de uma partícula

to depend on that of its distant partner.

dependa do estado da sua parceira distante.

For 30 years, physics remained at an impasse,

Durante 30 anos, a Física permaneceu num impasse,

until John Bell figured out that the key to testing the EPR argument

até que John Bell percebeu que a chave para testar o argumento EPR

was to look at cases involving different measurements on the two particles.

era analisar casos envolvendo diferentes medições das duas partículas.

The local hidden variable theories favored by Einstein, Podolsky and Rosen,

As teorias das variáveis locais ocultas, apoiadas por Einstein, Podolsky e Rosen,

strictly limited how often you could get results like 1A or B0

limitavam estritamente a frequência de possíveis resultados como 1A ou B0

because the outcomes would have to be defined in advanced.

porque os resultados tinham de ser predeterminados.

Bell showed that the purely quantum approach,

Bell mostrou que uma abordagem meramente quântica,

where the state is truly indeterminate until measured,

na qual o estado é realmente indeterminado até ser medido,

has different limits and predicts mixed measurement results

possui limites diferentes e prevê resultados de medições mistos

that are impossible in the predetermined scenario.

que são impossíveis numa situação predeterminada.

Once Bell had worked out how to test the EPR argument,

Assim que Bell conseguiu arranjar uma forma de testar o argumento EPR,

physicists went out and did it.

os físicos colocaram-na em prática.

Beginning with John Clauster in the 70s and Alain Aspect in the early 80s,

Começando com John Clauser nos anos 70 e com Alain Aspect no início dos anos 80,

dozens of experiments have tested the EPR prediction,

dezenas de experiências testaram a previsão EPR,

and all have found the same thing:

e todos descobriram o mesmo:

quantum mechanics is correct.

a mecânica quântica estava correta.

The correlations between the indeterminate states of entangled particles are real

As correlações entre os estados entrelaçados indeterminados

das partículas são reais

and cannot be explained by any deeper variable.

e não podem ser explicadas por uma variável mais profunda

The EPR paper turned out to be wrong but brilliantly so.

O artigo EPR acabou por estar errado, mas de forma brilhante.

By leading physicists to think deeply about the foundations of quantum physics,

O facto de levar os físicos a refletirem profundamente

sobre os fundamentos da física quântica,

it led to further elaboration of the theory

levou a elaborações mais profundas da teoria

and helped launch research into subjects like quantum information,

e ajudou a iniciar as pesquisas sobre temas como a informação quântica,

now a thriving field with the potential to develop computers of unparalleled power.

agora um campo próspero

com o potencial de desenvolver computadores de poder inigualável.

Unfortunately, the randomness of the measured results

Infelizmente, a aleatoriedade dos resultados

prevents science fiction scenarios,

impede cenários de ficção científica,

like using entangled particles to send messages faster than light.

como usar partículas entrelaçadas para enviar mensagens

mais rapidamente do que a luz.

So relativity is safe, for now.

Por isso, a teoria da relatividade está segura, por agora.

But the quantum universe is far stranger than Einstein wanted to believe.

Mas o universo quântico é muito mais estranho do que Einstein queria acreditar.