OBSERVADO UM COMPORTAMENTO QUÂNTICO A PARTIR DE UM SISTEMA BIOLÓGICO

Publicado na Investigación y Desarrollo

O mundo da mecânica quântica, a parte da física que estuda como a luz e a matéria se comportam em escalas subatômicas, não pode ser mais intrigante. Está repleto de realidades familiares para os cientistas, mas “impossíveis” para o resto dos mortais. Uma delas é o que Einstein chamou de “ação fantasmagórica à distância”, um fenômeno que permite que os fótons se “comuniquem” um com o outro instantaneamente, não importando o quão longe estão: algo que é chamado de emaranhamento quântico.

Recentemente, uma pesquisa publicada na Nature Communications conseguiu criar, pela primeira vez, um emaranhamento quântico a partir de um sistema biológico. Um estudo liderado por Prem Kumar, pesquisador da Universidade do Noroeste (Illinois, EUA) conseguiu vincular a polaridade de dois fótons, liberados por uma proteína “Green Fluorescent Protein” ou GFP, à distância. Isso poderia abrir a porta para o desenvolvimento de ferramentas biológicas capazes de aproveitar a mecânica quântica ou ampliar o conhecimento sobre os sistemas vivos.

“Podemos usar ferramentas quânticas para aprender biologia?”, perguntou Prem Kumar em um comunicado. “Muitos fizeram a mesma pergunta por muito tempo, desde o nascimento da mecânica quântica. A razão pela qual estamos tão interessados nisso é porque poderá permitir o desenvolvimento de aplicações impensáveis de outra forma”.

Há 75 anos, o premiado do Nobel, Erwin Schrödinger, famoso por seu gato quântico, perguntou-se se a mecânica quântica tinha algum papel na biologia. Ou seja, se as partículas que formam parte dos seres vivos têm um comportamento quântico que influencia seu funcionamento. Ainda não há uma resposta clara, mas a pesquisa de Kumar aponta nessa direção.

Uma máquina quântica e biológica?

No estudo, os pesquisadores usaram GFP, proteínas rotineiramente usadas na pesquisa, caracterizadas pela emissão de fluorescência e provenientes de águas-vivas. A partir delas, eles tentaram fazer com que os fótons emitidos exibissem o fenômeno do emaranhamento quântico através da interação com outras ondas de luz para “sintonizá-las”.

Graças a isso, os pesquisadores conseguiram descobrir que, ao medir o estado de dois fótons separados e distintos, o resultado é sempre o mesmo. É exatamente assim que se trabalha na comunicação quântica, no teletransporte quântico de informação e também no desenvolvimento de futuros computadores quânticos.

Por esse motivo, muitos cientistas estão trabalhando na criação de sistemas quânticos emaranhados cada vez maiores e compostos por mais átomos ou fótons. O laboratório de Kumar tentou fazer algo parecido, mas a partir de um substrato biológico: no caso em questão, uma proteína.

Nesse caso, os autores conseguiram emaranhar a polaridade dos pares de fótons. Eles também descobriram que a estrutura da proteína é capaz de impedir que o emaranhamento seja perdido devido à sua interação com o meio ambiente.

“Quando eu medi a polarização vertical de uma partícula, eu sabia que o resultado seria o mesmo do outro”, explicou Prem Kumar. “Se você medir a polarização horizontal, você pode prever a polarização horizontal da outra. Em resumo, criamos um estado de emaranhamento que correlacionou todas as possibilidades simultaneamente”.

Uma vez que eles demonstraram que é possível cria um emaranhamento quântico a partir de sistemas biológicos, os pesquisadores tratarão de construir uma máquina quântica com um substrato biológico. Em seguida, eles tentarão descobrir se esse sistema pode chegar a ser mais eficaz do que os artificiais.