Ano de 2025
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Janeiro
Representação de um qubit, a unidade básica de informação de um computador quântico.
Fonte: ISTOCK em Cinco pontos-chave para entender a física quântica.
2025 – Ano internacional da ciência e tecnologia quântica
Se achas que entendes a mecânica quântica é porque, na verdade, não a entendes, Niels Bohr
Para comemorar o centenário da Mecânica Quântica, a Organização das Nações Unidas (ONU) proclamou oficialmente que 2025 fosse o Ano Internacional da Ciência e Tecnologia Quânticas.
Esta decisão foi tomada sob proposta apresentada pelo Conselho Executivo da ONU para a Educação, a Ciência e a Cultura – UNESCO, num trabalho partilhado com a União Internacional de Física Pura e Aplicada, a União Internacional de Química Pura e Aplicada, a União Internacional de Cristalografia e a União Internacional de História e Filosofia da Ciência e Tecnologia.
Todas estas entidades reconhecem a importância da Mecânica Quântica nas aplicações tecnológicas emergentes, das quais, em muito, já depende o nosso dia-a-dia, são elas: Inteligência Artificial (IA); Blockchain; Internet das Coisas (IoT); Biotecnologia; Realidade Aumentada (RA) e Realidade Virtual (RV); Computação Quântica; 5G e Conectividade Avançada; Impressão 3D.
Foi Werner Heisenberg (Prémio Nobel da Física em 1932) que, em 1925, marcou o início formal da Mecânica Quântica. É dele o Princípio da Incerteza, no qual afirmou ser impossível medir com precisão a velocidade e a posição de uma partícula elementar. Quanto maior for a precisão do estudo da posição de uma partícula, mais imprecisão encontraremos no cálculo do seu movimento e vice-versa. Esta máxima também é aplicável à energia e ao tempo, pois quanto mais rigorosa for a medição do tempo num sistema quântico, menos rigorosa será a medição da energia nesse instante e vice-versa.
A Mecânica Quântica, ou Física Quântica, estuda a quantidade indivisível de energia que as partículas elementares têm nos fenómenos do universo que se manifestam na escala atómica e subatómica, nas unidades fundamentais da matéria e da energia – partículas que são fragmentos reduzidos da matéria, mas que, apesar disso, mantêm as propriedades químicas de uma substância intacta.
As partículas subatómicas, também designadas partículas elementares, correspondem a unidades fundamentais da matéria e da energia que é difícil encontrar no estado natural, devido à sua instabilidade, por isso, foram criados aceleradores de partículas que são dispositivos usados para imitar o comportamento natural das partículas subatómicas.
O desenvolvimento da Física Quântica deu-se a partir do conhecimento de que o átomo é um sistema composto por partículas elementares, formado por eletrões que giram em volta de um núcleo atómico, com diferentes estados e energias que formam os fotões. Mais tarde foi comprovado que esse núcleo é composto por partículas ainda menores, denominadas nucleões, com carga positiva ou nula, os protões e os neutrões, constituídos por partículas ainda mais pequenas, os quarks.
A Mecânica Quântica tem esta designação devido a um fenómeno muito conhecido dos físicos – a quantização. Exemplo desse fenómeno é o caso de um eletrão que orbita à volta de um núcleo positivo, a Mecânica Quântica possibilita que essa energia (do eletrão) seja quantizada.
Um dos princípios da Física Quântica, a Dualidade Onda-Partícula, estabelece que determinadas partículas podem comportar-se de duas maneiras diferentes, em simultâneo, enquanto viajam através do espaço. Tanto podem ser partículas com uma posição e propriedades muito bem definidas, como comportar-se como ondas, como se fossem ondulações na água, propagando-se e difundindo-se pelo espaço sem uma localização precisa.
A Sobreposição Quântica é o conceito básico em Computação Quântica, baseia-se no facto de os bits quânticos, as unidades básicas de informação quântica, poderem representar diversos estados em simultâneo. É isto que lhes permite realizar cálculos muito complexos de forma muito mais rápida e eficiente do que os computadores clássicos.
Já o Entrelaçamento Quântico é outro fundamento da Física Quântica, em que determinadas partículas possuem propriedades que as vinculam entre si, o que possibilita que, ao medir uma, se conheça automaticamente o estado da outra, independentemente da distância que as separe.
Por sua vez para compreender a quantização da energia é necessário compreender o modelo quântico do átomo. Proposto por Niels Bohr em 1913, o modelo estipula que os eletrões que se deslocam à volta do núcleo só podem ocupar certos níveis permitidos, as órbitas ou níveis quânticos. Quando um eletrão absorve energia, como a energia proveniente da luz, pode saltar de um nível para outro, superior, e o mesmo sucede quando a perde, descendo para uma órbita inferior. No entanto, os eletrões nunca podem ocupar níveis de energia intermédios, razão pela qual a energia que possuem é sempre proporcional à necessária para transitar de uns níveis para outros. Em Física Quântica, essa quantidade de energia necessária é conhecida como quantum, podendo assim afirmar-se que os sistemas quânticos só podem possuir determinados valores de energia: os quantificados.
Outros conceitos importantes são a função de onda, que na Mecânica Quântica é o estado quântico de um sistema de uma ou mais partículas; o efeito túnel que é um fenómeno no qual as partículas conseguem transpor um estado de energia que por natureza lhes é proibido; a Computação Quântica; a Criptografia Quântica e o Teletransporte Quântico.
Para conhecer algum do contributo dos cientistas portugueses para o estudo da Física de Partículas, desde meados do século XX, consulte o inventário em linha do ACT.
Rosália Dias Lourenço
Webgrafia:
Freire, N. (2024, 14 de fevereiro). Cinco pontos-chave para entender a Física Quântica. National Geograpic Portugal.
O que é: Tecnologias emergentes – Glossário completo. (2024). Aprender estatística fácil.
Siqueira, P. (2020, 3 de julho). Partículas subatômicas, o que são? – Conceito, aplicação e tipos. Grupo Bolha.
Sociedade Brasileira de Física (2024). ONU declara 2025 Ano Internacional da Ciência e Tecnologia Quânticas. SBF.
Sousa, P. (2024, 5 de janeiro). Mecânica Quântica – o que é, importância, conceito e definição. Conceito.de.