A teoria quântica torna-se física

Físicos no Canadá e na Itália determinaram a mecânica quântica a partir de princípios físicos relacionados com o armazenamento, manipulação e recuperação da informação.
O novo trabalho é mais um passo no esforço de longo curso para encontrar motivação física fundamental para a matemática da física quântica, que descreve os processos nas escalas atómicas e subatómicas com uma precisão infalível, mas a sua compreensão desafia o senso comum.
"Gostaríamos de ter um conjunto de axiomas que nos dão uma compreensão física um pouco melhor da mecânica quântica", diz Michael Westmoreland, matemático da Universidade Denison em Granville, Ohio.

Os fundamentos da teoria quântica baseiam-se actualmente abstrato formulações matemáticas abstractas, conhecidas como espaços de Hilbert e álgebras C *. Estas abstracções funcionam bem para calcular a probabilidade de um resultado específico de uma experiência. Mas falta-lhes o significado físico intuitivo que os físicos desejam - a elegância da teoria de Einstein da relatividade especial, por exemplo, que diz que a velocidade da luz é constante e que as leis da física não mudam de um quadro de referência para o seguinte.
Giulio Chiribella, um físico teórico do Instituto Perimeter de Física Teórica em Ontário, Canadá, e os seus colegas, basearam as suas abordagens experimentais sobre um postulado chamado de "purificação". Um sistema com propriedades incertas (um "estado misto") é sempre parte de um "estado puro" maior, que pode, em princípio, ser completamente conhecido, propõe a equipa no jornal Physical Review A.
Considere-se o pion. Esta partícula, que tem uma rotação de zero, pode decair em dois fotões que giram. Cada fotão apresenta um estado misto - tem a mesma probabilidade de girar para cima ou para baixo. Em conjunto, o par de fotões, no entanto, forma um estado puro em que eles devem girar sempre em direções opostas.
"Nós podemos ser ignorantes acerca de algumas partes, mas podemos ter um conhecimento máximo do todo", diz Chiribella. Este princípio de purificação requer o fenómeno conhecido como entrelaçamento quântico, que liga as partes para o todo. Explica também por que é que a informação quântica não pode ser copiada sem ser destruida, mas pode ser "teletransportada" - replicada num local distante após ter sido destruída no seu local de origem.
Com base neste princípio, Chiribella e colegas reproduziram a estrutura matemática da mecânica quântica com a ajuda de cinco axiomas adicionais relacionadas ao processamento de informações. Esses axiomas incluem causalidade, a ideia de que uma determinação efectuada agora não pode ser influenciada por determinações futuras, e "compressão ideal", que significa que a informação pode ser codificada num sistema físico e depois decodificada sem erro. Outros axiomas envolvem a capacidade de distinguir uns estados dos outros e a capacidade de determinações criarem estados puros.

Para Christopher Fuchs, um físico teórico do Instituto Perimeter, "isto agora aproxima-se de algo que eu acho que segue a linha de tentar encontrar um princípio crucial da física."
"O que é simples ou plausível na física é uma questão de gosto", diz Caslav Brukner, um físico da Universidade de Viena, na Áustria, que tem desenvolvido um conjunto alternativo de axiomas.
Alguns especulam que a reformulação da teoria quântica em termos de informação poderia ajudar a resolver os problemas pendentes na física, tais como unificar a mecânica quântica e a gravidade.
"Se existem várias formulações da mesma teoria, é mais provável ter uma que nos leva a algo mais próximo do que a física realmente é", diz Ben Schumacher, um físico teórico do Kenyon College em Gambier, Ohio.

Fonte: Science News