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"Me teletransporte, Scotty" dizia o Capitão James T. Kirk na série Jornada nas Estrelas. Automaticamente e, mais do que isso, naturalmente, o comandante da “Enterprise” aparecia no local desejado em toda sua integridade física. Massa e natureza eram enviados através do espaço-tempo, mantendo as mesmas características do estado inicial. Sabemos, contudo, que as atuais condições tecnológicas ainda nos impedem de um transporte como o proposto pelo aparato usado na nave espacial. No entanto, as questões teóricas acerca do tema já muito avançaram e expõem um quadro de integridade matemática e de ricas questões epistemológicas.TRANSCRIPT
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Teleporte: uma anlise conceitual e filosfica como contribuio para o Ensino de Cincias.
Carlos Roberto Senise Junior
UNIFESP Universidade Federal de So Paulo Campus Diadema
Jos Bento Suart Jnior
UTFPR Universidade Tecnolgica Federal do Paran Campus Apucarana
IX Encontro Nacional de Pesquisa em Educao em Cincias
Introduo
"Me teletransporte, Scotty" dizia o Capito James T. Kirk na srie Jornada nas Estrelas. Automaticamente e, mais do que isso, naturalmente, o comandante da Enterprise aparecia no local desejado em toda sua integridade fsica. Massa e natureza eram enviados atravs do espao-tempo, mantendo as mesmas caractersticas do estado inicial. Sabemos, contudo, que as atuais condies tecnolgicas ainda nos impedem de um transporte como o proposto pelo aparato usado na nave espacial. No entanto, as questes tericas acerca do tema j muito avanaram e expem um quadro de integridade matemtica e de ricas questes epistemolgicas.
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Introduo
Dcada de 20
(24-27) Heisenberg: Formalismo da MQ; relaes de incerteza
o mundo clssico e o mundo quntico, a partir de algum ponto, so diferentes;
Dcada de 30
(30-32) von Neumann: O emaranhamento quntico pode ser usado para explicar o processo de medida sem o uso de probabilidades
o colapso da funo de onda pode ser explicado pelo emaranhamento do aparato de medida com o sistema sendo medido (superposio de todos os resultados possveis)
(57) Everett: interpretao dos muito mundos;
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Introduo
(35) Schrdinger: Estados emaranhados correlaes no-clssicas:
Tem-se somente (at que o emaranhamento seja quebrado pela observao real) uma descrio comum dos dois sistemas. Esta a razo pela qual o conhecimento sobre os sistemas individuais pode decair a zero, enquanto que o conhecimento do sistema como um todo permanece mximo. O melhor conhecimento possvel do todo no implica no conhecimento de suas partes e isto que nos assombra.
(35) Einstein, Podolsky e Rosen (Paradoxo EPR): A MQ no uma teoria completa da natureza, pois existem elementos da realidade no inclusos nela (realismo local).
Estados emaranhados: influncia instantnea entre regies espacialmente separadas (misteriosa ao distncia);
Variveis ocultas na MQ (52) Bohm;
(35) Bohr: Idias de von Neumann para rebater o argumento de EPR.
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Introduo
Dcada de 60
(64) Bell (Desigualdades de Bell):
correlaes clssicas (variveis ocultas) 2;
correlaes qunticas =
Dcada de 80
(81-82) Aspect et al: Experimentos A MQ viola a desigualdade de Bell;
Dcada de 90
Experimentos;
(91) Criptografia quntica;
(92) Cdigo denso quntico;
(93) Bennet et al: Teleporte quntico.
Hoje: Informao quntica / Computao quntica
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Teleporte Quntico
Como funciona:
O que :
primeiramente destri o estado a ser teleportado, extraindo-se informao suficiente para recuper-lo ao final;
transmite a informao adquirida de um local a outro;
reconstri o estado no local de destino, atravs da informao recebida
Basicamente, o TQ transfere um estado quntico de um local a outro, atravs de um processo no qual:
O estado original destrudo no processo;
Uma rplica exata do estado original criada no local de destino;
No h transferncia de matria ou energia.
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Proposta Terica
C. H. Bennet, G. Brassard, C. Crpeau, R. Jozsa, A. Peres and W. K. Wootters, Teleporting an Unknown Quantum State via Dual Classical and Einstein-Podolsky-Rosen Channels, Phys. Rev. Lett. 70, 1895-1899 (1993);
L. Vaidman, Teleportation of Quantum States, Phys. Rev. A 49, 1473-1476 (1994);
G. Brassard, S. Braunstein, R. Cleve, Teleportation as a Quantum Computation, Physica D 120, 43-47 (1998);
G. Rigolin, Quantum Teleportation of an Arbitrary Two Qubit State and its Relation to Multipartite Entanglement, Phys. Rev. A 71 032303 (2005) [quant-ph/0407219].
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Experimentos com Ftons
D. Bouwmeester, J. W. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfurter and A. Zeilinger, Experimental Quantum Teleportation, Nature 390, 6660, 575-579 (1997);
D. Boschi, S. Branca, F. De Martini, L. Hardy and S. Popescu, Experimental Realization of Teleporting an Unknown Pure Quantum State via Dual Classical and EPR Channels, Phys. Rev. Lett. 80, 1121-1125 (1998);
I. Marcikic, H. de Riedmatten, W. Tittel, H. Zbinden and N. Gisin, Long-Distance Teleportation of Qubits at Telecommunication Wavelengths, Nature 421, 509 (2003);
R. Ursin et al, Quantum Teleportation Link across the Danube, Nature 430, 849 (2004).
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Experimentos com tomos
M. Riebe, H. Hffner, C. F. Roos, W. Hnsel, M. Ruth, J. Benhelm, G. P. T. Lancaster, T. W. Krber, C. Becher, F. Schmidt-Kaler, D. F. V. James and R. Blatt, Deterministic Quantum Teleportation with Atoms, Nature 429, 734-737 (2004);
M. D. Barret, J. Chiaverini, T. Schaetz, J. Britton, W. M. Itano, J. D. Jost, E. Knill, C. Langer, D. Leibfried, R. Ozeri and D. J. Wineland, Deterministic Quantum Teleportation of Atomic Qubits, Nature 429, 737 (2004);
S. Olmschenk, D. N. Matsukevich, P. Maunz, D. Hayes, L. M. Duan and C. Monroe, Quantum Teleportation between Distant Matter Qubits, Science 323, 486 (2009).
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Contribuies para o Ensino de Cincias
Contra uma viso positivista de Cincia, concebida como verdade absoluta, pronta e privilegiada, as pesquisas em Ensino de Cincias tm buscado elementos dentro da Filosofia das Cincias para demonstrar os limites de uma descrio fsica total da realidade. Sendo assim, eis aqui um tema rico, inicialmente dentro do mbito da Fsica e, consequentemente, a contribuio deste trabalho para as discusses acerca da natureza do conhecimento cientfico, para o Ensino de Cincias.
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Contribuies para o Ensino de Cincias
Natureza dos estados fsicos (ontologia x epistemologia)
Medida: colapso da funo de onda dos estados emaranhados (limite clssico/quntico)
Como a informao transmitida?
Interpretaes da MQ
Que tipo de informao esta (estado desconhecido)?
Princpio fundamental de Zeilinger (1999): um sistema elementar representa somente o valor de verdade de uma proposio.
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Quatro questes filosficas
1) Se, no futuro, pudermos utilizar o TQ para teleportar sistemas macroscpicos ou em escalas semi-clssicas, a identidade (ontologia) fsica/objetiva destes sistemas ser reconstruda com perfeio, dado que o teleporte a transmisso da informao (epistemolgica)? A Fsica transmitida construiria a mesma Qumica do estado inicial?
2) Se for possvel fazer mais de uma cpia idntica do sistema original e possamos fazer vrias cpias de um nico ser humano (mesmo que destruindo o ser humano original), qual ser o ser humano verdadeiro, ou seja, qual das cpias poder reivindicar ser o ser humano original?
3) Se for possvel um dia teleportar um ser humano, todas as suas caractersticas subjetivas (mentais, morais, etc) sero idnticas aps a destruio e reconstruo?
4) Baseado no princpio fundamental de Zeilinger, tudo o que se conhece a respeito do mundo apenas uma percepo dos sentidos? Existe uma realidade absoluta, independente de sentidos?
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Referncias
BENNETT, C. H. et al. Teleporting an unknown quantum state via dual classical and Einstein-Podolsky-Rosen channels. Physical Review Letters 70, p. 1895-1899, 1993.
BOHM, D.. A Suggested Interpretation of the Quantum Theory in Terms of Hidden Variables, I and II, Physical Review 85, p. 16679; 18093, 1952.
DIEKS, D.. Communication by EPR devices. Physics Letters A 92(6), p. 271272, 1982.
DIRAC, P. A. M.. The Principles of Quantum Mechanics. Oxford: Oxford University Press, 3rd edition, 1947.
EINSTEIN, A., PODOLSKY, B. and ROSEN, N.. Can quantum mechanical description of physical reality be considered complete? Physical Review 47, p. 777-780, 1935.
EVERETT, H.. Relative State Formulation of Quantum Mechanics. Reviews of Modern Physics 29, p. 45462, 1957.
FREIRE JR., O., CARVALHO NETO, R. A.. O Universo dos quanta: uma breve histria da Fsica Moderna. So Paulo, FTD, 1997.
GRECA, I. M., MOREIRA M. A.. Uma reviso da literatura sobre estudos relativos ao ensino da mecnica quntica introdutria. Investigaes em Ensino de Cincias v.6(1), p. 29-56, 2001.
LABARCA, M. La filosofia de La qumica em La filosofia de La ciencia contempornea. Redes, mayo, volume 11, nmero 21, 2005.
OSTERMANN, F.; MOREIRA, M. A.. Uma reviso bibliogrfica sobre a rea de pesquisa fsica moderna e contempornea no ensino mdio. Investigaes em Ensino de Cincias, V.5 (1), p. 23-48, 2000.
REZENDE JUNIOR, M. F.; DE SOUZA CRUZ, Frederico Frimo. Fsica moderna e contempornea na formao de licenciandos em fsica: necessidades, conflitos e perspectivas. Cincia & Educao, v. 15, n. 2, p. 305-21, 2009
TIMPSON, C. G.. The Grammar of Teleportation. British Journal for the Philosophy of Science 57, p. 587-621, 2006.
VON NEUMANN, J.. The Mathematical Foundations of Quantum Mechanics. Princeton: Princeton University Press, English translation, 1955.
WOOTTERS, W., ZUREK, W.. A single quantum cannot be cloned. Nature 299, p. 802803, 1982.
ZEILINGER, A.. A foundational principle for quantum mechanics. Found. Phys. 29(4), p. 63143, 1999.
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Obrigado!Vida longa e prspera!
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