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Como de costume, os vencedores do prêmio Nobel — um dos mais importantes do mundo — foram anunciados no início de outubro. Na primeira parte da série Nobel 2022, conhecemos a história da premiação, a vencedora da categoria Literatura, a francesa Annie Ernaux, e três indicações de obras de autores também laureados, todas publicadas pela Companhia das Letras.

Na segunda parte, conhecemos as denominadas “química do clique” e química bioortogonal, que foram o destaque deste ano da categoria Química, e os cientistas por trás da brilhante descoberta: os norte-americanos Barry Sharpless e Carolyn Bertozzi e o dinamarquês Morten Medal.

Já na terceira parte, que trata sobre o Nobel de Medicina ou Fisiologia 2022, conhecemos o sueco Svante Pääbo, a mente brilhante que foi premiada por rastrear geneticamente pontos em comum entre nós, os Homo sapiens, e os Neandertais, além de descobrir outra espécie humana: os Denisovanos.

Neste artigo, última parte da série Nobel 2022, conheça os laureados da categoria Física e saiba como suas contribuições científicas no campo da Física Quântica podem abrir novos caminhos para a tecnologia. Fique até o fim e conheça três indicações de e-books para aprofundar os conhecimentos sobre o assunto.

Os vencedores

Retrato ilustrativo do cientista Alain Aspect (imagem: Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach).

Nascido em 15 de junho de 1947, na cidade francesa de Agen, Alain Aspect se graduou em Física pela École Normale Supérieure de Cachan, hoje um departamento da Universidade de Paris, Saclay. Em 1971, tornou-se doutor pelo Institut d'Optique Graduate School, da Universidade de Paris-Sud, com a tese sobre “contribuição ao estudo da espectrografia de Fourier por holografia”.

Em 1983 publicou sua segunda tese de doutorado, na qual realizou experimentos de entrelaçamento quântico — um fenômeno comportamental das partículas subatômicas — por meio dos testes de Bell. Diferente do que os físicos teóricos Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen acreditavam ser uma “ação fantasmagórica à distância”, Aspect mostrou que, em condições arbitrárias, as partículas subatômicas se comportam como se estivessem em unidade, mesmo quando estão a anos-luz de distância.

Por suas diversas contribuições à Mecânica Quântica, Alain Aspect ganhou importantes prêmios internacionais de Física, entre os quais: a Medalha Holweck (1991), o Prêmio Wolf de Física (2010), a Medalha Albert Einstein (2012), Medalha UNESCO Niels Bohr (2013), além do título honorífico de Membro Estrangeiro da Royal Society do Reino Unido (2015). Atualmente, Aspect é professor na Universidade Paris-Saclay e na Escola Politécnica de Paris e cientista sênior emérito do Centro Nacional de Pesquisas Científicas da França.

Retrato ilustrativo do cientista Anton Zeilinger (imagem: Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach).

O físico quântico Anton Zeilinger nasceu em 20 de maio de 1945 na cidade de Ried im Innkreis, na Áustria. De 1963 a 1971, estudou Física e Matemática pela Universidade de Viena, onde obteve o PhD após apresentar sua tese sobre “Medidas de despolarização de nêutrons em um cristal Dy-single” e instituição onde ainda leciona. Seu trabalho mais notável ocorreu entre 1997 e 1998, quando o cientista realizou experimentos inovadores usando fótons.

Zeilinger ocupou e ainda ocupa posições como cientista sênior, professor titular ou emérito em algumas das mais importantes instituições de ensino superior dedicadas ao estudo da Física Quântica e demais campos. Entre elas: o Instituto de Tecnologia de Massachussets (Estados Unidos), a Academia Austríaca de Ciências, a Universidade Humboldt de Berlim (Alemanha) e outras.

Além do Nobel de Física 2022, Zeinlinger acumula outras importantes honrarias relacionadas à sua área de estudo, entre as quais estão: Cientista do Ano (1996), Prêmio de Ciências Naturais da Cidade de Viena (2000), Prêmio Memorial Klopsteg (2004), Medalha Isaac Newton (2008), Prêmio Wolf de Física (2010, também dividido com seus dois parceiros do Nobel), Medalha Dirac (2008), Prêmio Willis E. Lamb (2016) e o Prêmio John Stewart Bell (2017).

Retrato ilustrativo do cientista John F. Clauser (imagem: Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach).

John F. Clauser nasceu em 1942 em Pasadena, na Califórnia, Estados Unidos. Começou seus estudos em Física no Instituto de Tecnologia da Califórnia, onde obteve seu bacharelado em 1964 e anos mais tarde obteve seus títulos de mestre e doutor pela Universidade da Columbia. De 1969 até meados dos anos 90, Clauser trabalhou no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, no Laboratório Nacional Lawrence Livermore e na Universidade da Califórnia.

Nesse meio tempo, o cientista realizou trabalhos pioneiros com teste experimental das previsões do teorema do CHSH-Bell, sendo também a primeira observação experimental de uma violação de uma desigualdade de Bell. As letras CH são uma homenagem baseada nos sobrenomes dos pesquisadores dedicados ao estudo deste teorema, neste caso Clauser e seu colega de equipe, Michael Horne. Juntos, também foram pioneiros ao mostrar que uma generalização do Teorema de Bell restringe todas as teorias locais realistas da natureza (também conhecidas como teorias locais objetivas).

A seguir, entenda as premiadas contribuições dos três cientistas para a Ciência e saiba como elas podem revolucionar a tecnologia como a conhecemos.

Fótons entrelaçados e o futuro da tecnologia

Ilustração do entrelaçamento de fótons (imagem: Canva).

Os fótons são uma das sete partículas significativamente menores que um átomo e são uma partícula elementar mediadora da força eletromagnética e quantum da radiação eletromagnética, incluindo da luz. De acordo com a Física, os fótons são definidos como bósons, o que significa que, diferente de outras partículas, eles não possuem carga elétrica ou massa de repouso e uma unidade de spin (ou momento angular).

Alain Aspect, Anton Zeilinger e John Clauser receberam o prêmio por seus experimentos com fótons emaranhados. O mecanismo de emaranhamento quântico — que teve sua teoria desenvolvida nos anos 60 pelo físico norte-irlandês John Stewart Bell — ocorre quando duas partículas (em geral, fótons) estão fortemente conectadas e se comportam como uma única unidade mesmo estando anos-luz distantes uma da outra e sem qualquer ligação física, tendo em comum a energia ou o movimento angular.  

O ilustre físico teórico Albert Einstein chamou o mecanismo de “ação fantasmagórica à distância”, uma vez que julgou impossível tal evento ser explicado pela chamada mecânica quântica ortodoxa. O papel dos vencedores do Nobel de Física 2022 foi essencial para mostrar que o fenômeno é real e pode ter usos práticos, entre os quais está a criação de computadores quânticos que devem aumentar exponencialmente a capacidade das máquinas de solucionar problemas complexos.

Além disso, a descoberta também deve revolucionar a área de cibersegurança que, por meio do entrelaçamento quântico aplicado à criptografia e a codificação segura de informações, deve tornar praticamente impossível interferências e espionagens em comunicações privadas. Em entrevista para a BBC News, o cientista laureado John Clauser deu exemplos da aplicação deste mecanismo.

“Isso é útil para militares e bancos, etc., em comunicações seguras. A maior aplicação que eu saiba foi feita pelos chineses, que lançaram um satélite há vários anos que eles usam para comunicações seguras ao longo de milhares de quilômetros”, afirmou o pesquisador.

Para se aprofundar no assunto

A seguir, confira três indicações de e-books com coautoria dos três ganhadores do Nobel de Física 2022 para conhecer seus outros trabalhos científicos e se aprofundar no assunto. Todos os títulos são publicados pela World Scientific, renomado publisher com cobertura nas mais diversas Ciências:

1) “Espectroscopia a Laser”

Capa do livro "Laser Spectroscopy"; "Espectroscopia a Laser" em português (imagem: World Scientific / Dot.Lib).

Este volume, composto por uma coleção de contribuições convidadas apresentadas na XIX Conferência Internacional sobre Espectroscopia a Laser, em 2009 no Japão, relata os últimos desenvolvimentos na área de espectroscopia a laser e áreas afins: átomos e moléculas frios, gases quânticos degenerados, óptica quântica, processamento de informações quânticas, medições de precisão, relógio atômico, lasers ultrarrápidos e fenômenos de campo forte e novas aplicações espectroscópicas.

No capítulo “Localização de Anderson de ondas de matéria em um transtorno controlado: um simulador quântico?”, o ganhador do Nobel de Física 2022, Alain Aspect, e outros pesquisadores observam a função de onda localizada exponencialmente de átomos ultrafrios liberados em um guia de ondas unidimensional na presença de uma desordem controlada criada por laser Speckle. Os cientistas também elaboram sobre o significado da localização 1D de Anderson e sobre as perspectivas de estender esse tipo de estudo para gases quânticos em dimensões superiores (2D e 3D) e com interações controladas.

2) “Computação Quântica e Teoria da Informação Quântica”

Capa do livro “Quantum Computation and Quantum Information Theory”; “Computação Quântica e Teoria da Informação Quântica” em português (imagem: World Scientific / Dot.Lib).

A Teoria da Informação Quântica revolucionou nossa visão sobre a verdadeira natureza da informação e levou a tópicos interessantes como teletransporte e computação quântica. Por sua própria natureza fortemente interdisciplinar, com raízes profundas nos fundamentos tanto da Mecânica Quântica quanto da Teoria da Informação e da Ciência da Computação, o campo se tornou um assunto importante para os cientistas que trabalham em campos tão diversos quanto a Óptica Quântica, Supercondutividade ou Teoria da Informação, todos o caminho para os engenheiros de computação.

O objetivo do livro “Quantum Computation and Quantum Information Theory” (“Computação Quântica e Teoria da Informação Quântica”) é orientar e apresentar a ampla literatura em todos os vários aspectos da Teoria da Informação Quântica. Os tópicos abordados vão desde os aspectos fundamentais da teoria, como algoritmos quânticos e complexidade quântica, até os aspectos tecnológicos do projeto de dispositivos de processamento de informações quânticas.

Cada seção do livro consiste em uma seleção de artigos-chave (com atenção especial ao seu valor tutorial), escolhidos e apresentados por cientistas líderes na área específica, como um dos três vencedores do Nobel de Física 2022, Anton Zeilinger, nos capítulos “Front Matter” (“Matéria de frente”) e “Back Matter” (“Matéria anterior”). Por meio deste título, você terá uma introdução inteiramente nova à complexidade quântica, escrita especialmente para o livro.

3) “Fundamentos da Mecânica Quântica”

O advento de novas técnicas experimentais tornou possível uma nova geração de testes experimentais mais precisos na mecânica quântica fundamental. O livro “Foundations of Quantum Mechanics” (“Fundamentos da Mecânica Quântica”) aborda o confronto de novos e propostos testes experimentais da mecânica quântica com a teoria quântica padrão e não padrão. A visão ampla e interdisciplinar do assunto reuniu eminentes teóricos e experimentalistas de diversas áreas, entre eles, um dos três vencedores do Nobel de Física 2022, John F. Clauser.

No capítulo “História inicial do Teorema de Bell: teoria e experimento”, Clauser mostra que, antes de 1980, era fora de moda para um físico admitir que não entendia e/ou duvidava da Verdade e/ou Ortodoxia da Mecânica Quântica (QM). A sabedoria contemporânea considerou impossível que isso pudesse levar a previsões incorretas.

Essa sabedoria proclamou que nada jamais seria ganho por tal busca. Bohr havia vencido seus debates com Einstein. Von Neumann provou que todas as outras interpretações estavam erradas. Apenas um iconoclasta ousou pensar o contrário. Clauser, então, fornece uma breve história de alguns de seus encontros com alguns colegas iconoclastas, antigos habitantes da subcultura de um cético da Mecânica Quântica.

Sobre a World Scientific

Logo da editora World Scientific (imagem: World Scientific / Dot.Lib).

Uma das principais editoras independentes de livros e periódicos para as comunidades acadêmicas, sejam educacionais, profissionais ou de pesquisa, a World Scientific publica cerca de 600 livros e 135 periódicos por ano em áreas diversas do conhecimento. Além disso, colabora com organizações de prestígio como a Nobel Foundation e a US National Academies Press, entre outras, para levar conteúdo acadêmico e profissional de alta qualidade a pesquisadores de todo o mundo.

O título acima citado e diversas obras acadêmicas de autores premiados fazem parte do catálogo da World Scientific. Se você quer conhecê-los e incorporá-los em sua pesquisa ou instituição, contate-nos pelo e-mail info@dotlib.com ou preencha o formulário clicando aqui. Para mais dicas como essas, siga-nos nas redes sociais, acompanhe o nosso blog e fique atento aos tutoriais em vídeo no canal oficial da Dot.Lib no Youtube, a Dotlib TV.

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