O que é interação, e quando isso ocorre? A intuição sugere que a condição necessária para a interação de partículas criadas independentemente é seu toque direto ou contato por meio de portadores de força física. Na mecânica quântica, o resultado da interação é o emaranhamento - o aparecimento de correlações não clássicas no sistema. Parece que a teoria quântica permite o emaranhamento de partículas independentes sem qualquer contato. A identidade fundamental das partículas do mesmo tipo é responsável por esse fenômeno.

A mecânica quântica é atualmente a melhor e mais precisa teoria usada pelos físicos para descrever o mundo que nos rodeia. Seu traço característico, Contudo, é a linguagem matemática abstrata da mecânica quântica, notoriamente levando a sérios problemas de interpretação. A visão da realidade proposta por esta teoria ainda é objeto de controvérsia científica que, hora extra, só está se tornando mais quente e mais interessante. Novas motivações de pesquisa e questões intrigantes são trazidas por uma nova perspectiva resultante do ponto de vista da informação quântica e do enorme progresso das técnicas experimentais. Estes permitem a verificação das conclusões tiradas de experimentos mentais sutis diretamente relacionados ao problema de interpretação. Além disso, pesquisadores agora estão fazendo um enorme progresso no campo da comunicação quântica e tecnologia de computação quântica, que se baseia significativamente em recursos não clássicos oferecidos pela mecânica quântica.

Pawel Blasiak do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências de Cracóvia e Marcin Markiewicz da Universidade de Gdansk se concentram na análise de paradigmas amplamente aceitos e conceitos teóricos relativos aos fundamentos e interpretação da mecânica quântica. Os pesquisadores estão tentando determinar em que medida as intuições usadas para descrever os processos da mecânica quântica são justificadas em uma visão realista do mundo. Para este propósito, eles tentam esclarecer ideias teóricas específicas, muitas vezes funcionando na forma de intuições vagas, usando a linguagem da matemática. Essa abordagem geralmente resulta no aparecimento de paradoxos inspiradores. Claro, quanto mais básico o conceito ao qual um dado paradoxo se relaciona, o melhor, porque abre novas portas para uma compreensão mais profunda de um determinado problema.

Com este espírito, ambos os cientistas consideraram a questão fundamental:o que é interação, e quando isso ocorre? Na mecânica quântica, o resultado da interação é o emaranhamento, que é o aparecimento de correlações não clássicas no sistema. Imagine duas partículas criadas independentemente em galáxias distantes. Parece que uma condição necessária para o surgimento do emaranhamento é a exigência de que, em algum momento de sua evolução, as partículas se tocam, ou pelo menos esse contato indireto deve ocorrer por meio de outra partícula ou campo físico para transmitir a interação. De que outra forma eles podem estabelecer o misterioso vínculo do emaranhamento quântico? Paradoxalmente, Contudo, Acontece que isso é possível. A mecânica quântica permite que o emaranhamento ocorra sem a necessidade de qualquer contato, mesmo indireto.

Para justificar essa conclusão surpreendente, é necessário um esquema no qual as partículas mostrem correlações não locais à distância (em um experimento do tipo Bell). A sutileza dessa abordagem é excluir a possibilidade de uma interação entendida como alguma forma de contato ao longo do caminho. Esse esquema também deve ser econômico, portanto, deve excluir a presença de portadores de força que poderiam mediar essa interação, incluindo um campo físico ou partículas intermediárias. Blasiak e Markiewicz mostraram como isso pode ser feito partindo das considerações originais de Yurke e Stoler, que eles reinterpretaram como uma permutação de caminhos percorridos pelas partículas de diferentes fontes. Esta nova perspectiva permite a geração de quaisquer estados emaranhados de duas e três partículas, evitando qualquer contato. A abordagem proposta pode ser facilmente estendida para mais partículas.

Como é possível emaranhar partículas independentes à distância sem sua interação? Uma dica é sugerida pela própria mecânica quântica, em que a identidade - a indistinguibilidade fundamental de todas as partículas do mesmo tipo - é postulada. Isso significa, por exemplo, que todos os fótons (bem como outras famílias de partículas elementares) em todo o universo são iguais, independentemente de sua distância. De uma perspectiva formal, isso se resume à simetrização da função de onda para bósons ou sua anti-simetrização para férmions.

Os efeitos da identidade das partículas são geralmente associados às suas estatísticas, tendo consequências para uma descrição de sistemas de multipartículas em interação (como condensados ​​de Bose-Einstein ou teoria de banda de estado sólido). No caso de sistemas mais simples, o resultado direto da identidade de partícula é o princípio de exclusão de Pauli para férmions ou agrupamento em óptica quântica para bósons. A característica comum de todos esses efeitos é o contato de partículas em um ponto do espaço, que segue a simples intuição de interação (por exemplo, na teoria das partículas, isso se resume a vértices de interação). Daí a crença de que as consequências da simetrização só podem ser observadas dessa forma. Contudo, a interação por sua própria natureza causa emaranhamento. Portanto, não está claro o que causa os efeitos observados e as correlações não clássicas:É uma interação em si, ou é a indistinguibilidade inerente das partículas? O esquema proposto pelos cientistas contorna essa dificuldade, eliminando a interação que poderia ocorrer por meio de qualquer contato. Portanto, a conclusão de que as correlações não clássicas são uma consequência direta do postulado da identidade das partículas. Segue-se que existe uma maneira de ativar puramente o emaranhamento de sua indistinguibilidade fundamental.

Este tipo de visão, começando com perguntas sobre os fundamentos da mecânica quântica, pode ser aplicado na prática para gerar estados emaranhados para tecnologias quânticas. O artigo mostra como criar qualquer estado emaranhado de dois e três qubits, e essas ideias já foram implementadas experimentalmente. Parece que os esquemas considerados podem ser estendidos com sucesso para criar quaisquer estados de muitas partículas emaranhados. Como parte de pesquisas futuras, os cientistas pretendem analisar em detalhes o postulado de partículas idênticas, tanto do ponto de vista da interpretação teórica como das aplicações práticas.

Surpreendentemente, o postulado da indistinguibilidade das partículas não é apenas um procedimento matemático formal, mas em sua forma pura, leva às consequências observadas em laboratórios. A não localidade é inerente a todas as partículas idênticas do universo? O fóton emitido pela tela do monitor e o fóton da galáxia distante nas profundezas do universo parecem estar emaranhados apenas por sua natureza idêntica. Este é um grande mistério que a ciência logo enfrentará.