Dublin de Schrödinger: o papel dos dias na revolução quântica

Para comemorar o World Quantum Day, conversamos sobre a enorme influência da ciência quântica com o Dr. Shane Dooley, da Dias.

Muito antes de todo o hype recente em torno da computação quântica, a física quântica estava tendo um grande impacto na ciência e na tecnologia.

De computadores e smartphones a telecomunicações de fibra óptica, GPS e scanners de ressonância magnética, os princípios da física quântica têm sido essenciais para o desenvolvimento de muitas das ferramentas e tecnologias da vida moderna.

De fato, o campo foi tão influente que a ONU declarou 2025 o ano internacional de ciência e tecnologia quântica para “ajudar a aumentar a conscientização do público sobre a importância e o impacto da ciência quântica e aplicações em todos os aspectos da vida”.

2025 é significativo, pois marca 100 anos desde que os documentos fundamentais do campo foram publicados. Havia “dicas” sobre a física quântica no início do século passado, mas 1925 “foi quando houve uma enxurrada de resultados que realmente estabeleceram a teoria quântica como uma nova teoria”, explica Shane Dooley, pesquisador do Instituto de Dublin para estudos avançados (DIAs), que falou com os EUA antes de Dia Quântico Mundial.

“Tem sido uma das teorias mais bem -sucedidas já inventadas para descrever o universo”, diz Dooley. “Então, isso é filtrado na física basic, mas também na tecnologia.

“Muitas de nossas tecnologias com as quais estamos familiarizados na vida cotidiana, eles dependem da compreensão da física quântica”.

Dooley, que é de Celbridge em Co Kildare, estudou física teórica e matemática no Trinity School Dublin, antes de concluir um mestrado na Universidade de Cambridge e doutorado na Universidade de Leeds no mesmo campo. Depois de uma breve passagem no Japão, ele se viu de volta a Dublin trabalhando na DIAS, um centro de pesquisa que há muito se envolve em pesquisas quânticas.

Quando Éamon de Valera, então Taoiseach, fundou o instituto em 1940, ele convidou o físico austríaco vencedor do Nobel, Erwin Schrödinger, para se tornar seu diretor de física teórica.

“Um dos fundadores da teoria quântica”, como Dooley o descreve, Schrödinger frequentemente correspondia a Albert Einstein e estava em uma de suas cartas ao famoso cientista que ele primeiro descreveu o agora conhecido Gato de Schrödinger Experimento de pensamento, pelo qual, sob certas condições, um gato está vivo e morto até que a caixa esteja aberta. Isso destaca um paradoxo da teoria quântica, pois um sistema quântico pode estar em vários estados ao mesmo tempo até que seja medido – um princípio chamado superposição.

Esse experimento de pensamento é um exemplo das muitas complexidades teóricas da ciência quântica, um campo que lida com probabilidades não certezas, que atraíram Dooley para o campo.

A ciência quântica tem “aspectos tecnológicos e também aspectos mais filosóficos”, diz ele.

“Então, do lado tecnológico, as pessoas ainda estão apresentando maneiras de explorar a física quântica para construir novas tecnologias, e ainda há mistérios fundamentais em termos do universo e questões maiores sobre como a teoria quântica molda nossa compreensão do universo como um todo

Revoluções quânticas

Dooley chama o período inicial da ciência quântica de “primeira revolução quântica” e explica que o principal objetivo period entender “como as regras da física quântica se aplicam ao nosso mundo”.

Agora, ele diz, estamos na “segunda revolução quântica [which] está realmente tentando aproveitar a física quântica para criar novas tecnologias, como computadores quânticos e sensores quânticos de precisão e comunicações perfeitamente seguras.

“Essas são todas as coisas que, se pudermos aproveitar o potencial da física quântica da maneira certa, podemos construir esses tipos de tecnologias”.

Uma área de pesquisa em que o próprio Dooley está trabalhando é o desenvolvimento de sensores de precisão.

Quando se trata de certas medidas, por exemplo, campos magnéticos, Dooley explica que quanto menor a resolução, mais importantes efeitos quânticos são. “Então, você pode, em teoria [and] Então você tem que usar as regras da física quântica para entender esse tipo de coisa. ”

E parte da obtenção de valores mais precisos requer aproveitar emaranhados quânticos, diz Dooley.

A NASA outline o emaranhamento como “a idéia de que as partículas da mesma origem, que já foram conectadas, sempre permanecem conectadas” – um fenômeno que Einstein uma vez descreveu como “ação assustadora à distância”.

“Então, você sabe, parece que você pode ter partículas muito distantes na teoria quântica, e de alguma forma há uma conexão entre elas onde você faz algo com uma partícula e quase instantaneamente a outra partícula sabe que você fez algo com a outra partícula”, explica Dooley.

“Isso foi muito perturbador para Einstein, porque ele gostou da ideia de que, você sabe, você tem um efeito causal que viaja pelo espaço e pelo tempo e que você não pode ter nenhum efeito causal viajando mais rápido que a velocidade da luz. Então, foi esse aspecto da teoria quântica que ele achou muito perturbador”.

Uma coisa estranha sobre emaranhamento, diz Dooley, é que, embora “haja alguma conexão e você pode dizer se fizer um experimento [there’s a] Conexão entre as partículas, também se sabe que você não pode usar essa conexão para enviar uma mensagem mais rapidamente que a velocidade da luz ”.

A física quântica foi uma das grandes teorias científicas do século XX, diz Dooley. E a outra grande teoria científica do século XX foi a teoria da relatividade geral de Einstein, que descreve a gravidade.

“E ainda não se entende como a teoria quântica e a gravidade andam juntas.

“Este é um dos grandes mistérios da física moderna e, na verdade, haveria muitas pessoas no Dias trabalhando nesse problema e interessadas nesse problema. Isso não está exatamente no meu campo, mas é um dos problemas centrais da física moderna”.

Futuros quânticos

Embora esses mistérios teóricos continuem a envolver pesquisadores quânticos, também existem algumas aplicações práticas da ciência sendo desenvolvida.

Dooley está particularmente empolgado com o trabalho do professor Tom Ray, diretor de física cósmica da Dias.

Em colaboração com a Universidade de Oxford, o Instituto Holandês de Pesquisa Espacial, o Trinity School Dublin e a Maynooth College, Ray e sua equipe de pesquisa estão desenvolvendo detectores astronômicos tremendous sensíveis.

Esses dispositivos são “sensíveis o suficiente para detectar um único fóton (uma partícula quântica de luz) para melhorar nossa capacidade de ver as galáxias mais distantes”, explica Dooley. Com o maior grupo de pesquisa espacial da Irlanda, o DIAS está bem posicionado para realizar esta pesquisa.

Dias também possui a maior equipe de geofísica trabalhando nacionalmente para entender a mudança do sistema terrestre e explorar o potencial da energia geotérmica, diz Dooley.

Quanto aos computadores quânticos muito gigantes, Dooley diz que o protótipo de computadores quânticos muitos ainda não são bons o suficiente para resolver problemas computacionais úteis-“espero que eles estejam nos próximos anos”-mas são realmente úteis para experimentação, fornecendo o que ele chama de “matéria quantum sintética” para permitir a importante pesquisa básica da física.

Para Dooley, esse ano de celebração da ONU é importante reconhecer as realizações do campo quântico no último século, mas também reconhecer que há muito mais por vir.

“É um momento muito interessante na física quântica por causa dessa segunda revolução quântica, onde há todo esse potencial para tecnologias futuras, então acho que é bem cronometrado dessa maneira [to celebrate the past]mas também há um futuro emocionante também. ”

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