Distribuição de Chaves Quânticas
Acredita-se amplamente, mas erroneamente, que o entrelaçamento
quântico permite a comunicação
instantânea entre objetos ou pessoas amplamente separados, mas ainda assim "conectados", geralmente conhecidos como Alice e Bob.
Na verdade, não há comunicação alguma entre Alice e Bob, muito menos comunicação instantânea ou mais rápida que a velocidade da luz. O que é comunicado em um experimento típico de Bell são duas partículas quânticas que foram emaranhadas em um aparato localizado entre Alice e Bob e enviadas a eles a velocidades muito abaixo da velocidade da luz.
As partículas típicas são elétrons ou fótons, que podem transportar um único bit de informação correspondente ao seu estado de momento angular de spin, para cima ou para baixo, quando medido por Alice e Bob.
Antes de serem medidos, os estados de spin são indeterminados . Os dois estados possíveis, para cima ou para baixo, são possibilidades alternativas que servem de base para a criação de novas estruturas de informação no universo , incluindo novas espécies na evolução biológica, o livre-arbítrio humano e a comunicação de informações, de acordo com a teoria de Claude Shannon .
O fato de as propriedades físicas dos objetos quânticos não existirem antes de sua medição era uma grande preocupação de Albert Einstein . O fato de essas propriedades serem indeterminadas era um incômodo adicional para Einstein, mas ele acabou aceitando isso. Contudo, ele jamais conseguiu aceitar a não-localidade implícita no emaranhamento que agora possibilita a distribuição de chaves quânticas.
Assim como uma única partícula não pode ser localizada no experimento de dupla fenda , nenhuma partícula em um experimento de EPR é localizável até que haja uma medição da função de onda de duas partículas Ψ 12 , momento em que ambas as partículas se tornam localizadas (dentro da indeterminação quântica usual), independentemente da distância entre elas naquele momento (no referencial de repouso do experimento).
A razão pela qual sabemos algumas coisas sobre a "outra" partícula assim que medimos a primeira é, como Einstein bem sabia (mas autores posteriores frequentemente ignoram), as várias leis de conservação (de energia, momento linear, momento angular de spin, etc.). Se as desigualdades de Bell não fossem violadas, as leis muito mais fundamentais de conservação do momento linear, do momento angular e do spin seriam violadas.
Propusemos que o momento angular de spin conservado pode ser considerado uma constante oculta do movimento e que a emissão de partículas emaranhadas da fonte no centro, entre as medições, é uma causa comum das medições perfeitamente correlacionadas. A fonte causal das partículas emaranhadas está no cone de luz anterior das medições, portanto a relatividade não é violada. Podemos ilustrar a causa comum proveniente da fonte central...
Alice ← CC → Bob
A ideia de que a medição de Alice ou de Bob causa instantaneamente a medição do outro, mais rápido que a luz, levou a uma grande quantidade de absurdos sobre "tudo estar conectado" e telepatia.
A grande supervalorização das capacidades de emaranhamento vem da ideia de que Alice e Bob estão se comunicando a uma velocidade superior à da luz. Não estão. As medições de Alice e Bob criam bits de informação quando colapsam a função de onda de duas partículas proveniente do aparato de emaranhamento localizado centralmente entre eles. Mas, como os bits são gerados aleatoriamente, nenhuma informação significativa é comunicada do centro causal para Alice e Bob. No entanto, as sequências de bits geradas aleatoriamente são valiosas como chaves quânticas.
Podemos descrever os resultados de Alice e Bob como "para cima" ou "para baixo", ou mais ou menos, ou com sequências de bits digitais 1 ou 0.
As sequências de medições de Alice parecem ser completamente aleatórias para ela, como esta, com números aproximadamente iguais de 1s e 0s, aproximando-se da igualdade para sequências de bits mais longas.
00010011011110101100011011000001
E a sequência de Bob parece ser igualmente aleatória para ele, com 1s e 0s numa proporção próxima de 50/50.
11101100100001010011100100111110
Mas, surpreendentemente, se Alice enviar sua sequência de bits para Bob comparar, ele descobre que, ao alinhar as sequências de bits, elas são perfeitamente anticorrelacionadas. Onde Alice mediu 1, Bob mediu 0, e vice-versa. Como isso é possível?
00010011011110101100011011000001
11101100100001010011100100111110
Essas sequências de bits aleatórias, porém perfeitamente correlacionadas, são ideais para serem usadas como cifras de uso único na criptografia de mensagens codificadas. Além disso, as sequências não foram "comunicadas" ou "distribuídas" por um canal de comunicação comum. Elas foram criadas de forma independente e local em Alice e Bob, de maneira segura e invulnerável a interceptadores, uma solução parcial para o problema da distribuição quântica de chaves (QKD).
Mas observe que essa distribuição é muito especial. Ela se aplica somente a Alice e Bob, que podem usar sua chave compartilhada para enviar mensagens codificadas um ao outro em um canal de comunicação aberto.
Essa criação e distribuição de chaves especiais requer um aparato complexo entre Alice e Bob para gerar as partículas emaranhadas (a correlação perfeita de bits). Qualquer distribuição de chaves em larga escala precisaria ser enviada por mensageiros particulares ou por canais de comunicação protegidos por algum outro mecanismo.