LUIZ DAVIDOVICH: É um marco. E, fazendo uma brincadeira histórica, o Ano da Ciência e das Tecnologias Quânticas também comemora o centenário de uma crise alérgica. Foi o que levou Heisenberg à ilha de Helgoland (Alemanha), de vegetação rasa, numa tentativa de aliviar os sintomas da alergia que o incomodava muito. Lá, ele encontrou um ambiente de tranquilidade para refletir e resolver um problema que o atormentava: o fato de que a física quântica, até então, descrevia coisas que não eram observadas, como órbitas de elétrons em torno do núcleo. Ele se propôs então a construir uma teoria que só lidaria com quantidades que podiam ser observadas. Foi a inauguração da mecânica quântica. Um ponto disruptivo em relação à física quântica que existia antes, que começou com Planck, Einstein e com o modelo atômico de Bohr. Logo depois, Erwin Schrödinger publicou um importante artigo, desenvolvendo a teoria ondulatória da matéria, hipótese levantada anteriormente por Louis de Broglie. Eram grandes físicos e jovens na época. Werner Heisenberg tinha 23 anos, Schrödinger, 38 anos, Paul Dirac, que desenvolveu a mecânica quântica relativística e a base matemática da teoria dos corpúsculos da luz (denominados de fótons pelo químico Gilbert N. Lewis em 1926), também era jovem. Esses cientistas estavam criando uma nova forma de ver o universo. Sua motivação era a curiosidade, a paixão pelo conhecimento, o sonho de entender como a natureza funcionava, de resolver os problemas que surgiam, apesar de, naquele momento, não terem ideia das aplicações futuras do que estavam apresentando. O artigo do Einstein sobre os três processos possíveis quando a luz interage com átomos – absorção, emissão espontânea e emissão estimulada – deu, muitos anos depois, origem ao laser, algo que jamais tinha sido mencionado por ele.

LD: Existe uma discussão sobre isso na literatura.  As pessoas se interessaram por outras áreas, algumas buscaram entender como a mecânica quântica se aplicava à matéria condensada, também cresceu o interesse pela física nuclear, inclusive pensando em aplicações de guerra. Na Segunda Guerra Mundial, houve o projeto de desenvolvimento da bomba atômica. Precisou a guerra acabar para que os governos percebessem que o poderio dos países estava associado não à bomba atômica em si, mas à pesquisa, à ciência. Não por acaso, a Fundação Nacional de Ciências dos Estados Unidos foi criada nessa época, em 1950, logo depois da guerra. Pouco depois, no Brasil, surgiu o CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico), em 1951, e, em 1956, foi criada a Comissão Nacional de Energia Nuclear. A terrível explosão da bomba atômica de Hiroshima e Nagasaki (1945), que deixou o próprio Einstein desolado, também acirrou a competição científica entre os países.

LD: O famoso aparelho de ressonância magnética nuclear, que permite ver um cérebro em funcionamento dinamicamente, veio da mecânica quântica. Rendeu, inclusive, um prêmio Nobel de Medicina, outorgado em 2003 a um físico e um químico! O laser é outro caso de aplicação na saúde. É usado para corrigir problemas oculares, como a miopia, para curar câncer de pele. Temos no Brasil um tratamento de terapia fotodinâmica com um aparelho desenvolvido na Universidade de São Paulo, em São Carlos, e que está no SUS. Veio diretamente da ciência quântica, e é nacional. Há outro aparelho da Embrapa, em parceria com uma startup, que permite realizar análise do solo e fazer correções, inclusive em grandes extensões de terra, usando espectroscopia, uma tecnologia baseada em física quântica. Isso tem a ver com segurança alimentar, com a economia do país. A aplicação do laser vai ainda dos leitores de códigos de barras nos supermercados à engenharia civil. O laser ocupou o lugar das réguas para medir espaços. Os transistores, das CPUs dos computadores, dos aparelhos celulares, também vieram da física quântica. E são cada vez menores, nanoscópicos, resultado daquela física desenvolvida no início do século 20. Outro exemplo atual são os relógios atômicos, que têm uma precisão extraordinária e são usados para a geolocalização  via GPS. É uma área de pesquisa atual, que permite verificar outras leis da natureza. Inclusive a teoria da relatividade geral, desenvolvida por Einstein. Mais recentemente, no final do século passado, a chamada “mecânica quântica 2.0” surgiu com a demonstração, em vários laboratórios, de que é possível controlar átomos e fótons individuais e, em particular, controlar a interação entre um único fóton e um único átomo. Isso é realizado com íons (átomos com carga) armazenados em armadilhas eletromagnéticas, que permitem localizar esses íons, ou com fótons armazenados entre dois espelhos, formando uma cavidade que é atravessada pelos átomos que interagem com os fótons. Para tudo isso, a curiosidade sempre foi o guia, e o que possibilitou chegar às aplicações mais imediatas que temos hoje, na comunicação, na computação e em sensores ultrassensíveis. Os experimentos levaram as pessoas a proporem a possibilidade de fazer computação com esses átomos e fótons, uma vez que era possível controlar a interação entre eles. Computadores quânticos estão sendo demonstrados em vários países. Mas não estão ainda no ponto de resolver problemas úteis para a sociedade. 

LD: Os gravímetros quânticos, aparelhos que medem a aceleração da gravidade na superfície da Terra, são um exemplo. A medição é tão precisa que consegue captar variações da gravidade na superfície da Terra, devidas, por exemplo, a lençóis subterrâneos de água ou óleo. É a versão quântica daquela varinha usada para encontrar água debaixo da terra. Com esses aparelhos é possível encontrar lençóis de água, de petróleo, de depósitos minerais, e até vestígios de civilizações antigas. Há outro aparelho em testes no Imperial College, na Inglaterra. É o acelerômetro quântico, que mede acelerações com uma precisão impressionante. Esse equipamento ainda precisa ser aperfeiçoado. Uma aplicação possível seria a localização de submarinos e aviões, sem a utilização do GPS. No caso de um submarino, por exemplo, se conhecemos sua posição inicial, é possível integrar a aceleração durante todo o movimento, e chegar à sua posição final, sem consultar o GPS. Isso é positivo principalmente para submarinos que vão muito fundo, seja porque podem não ter acesso ao GPS, ou porque podem não querer emitir sinais. Para aviões que percorrem algumas regiões da Terra que não respondem a GPS também pode ser interessante. Outro exemplo é o magnetômetro, que consegue medir campos magnéticos também com precisão fantástica. Trata-se de um capacete, que se coloca na cabeça de uma pessoa, e ele mede os campos magnéticos oriundos das correntes no cérebro. Com isso tem-se um magnetoencefalograma muito mais preciso do que os eletroencefalogramas de hoje, seguro e não invasivo. Esses exemplos fazem parte de uma área de aplicação da mecânica quântica chamada de sensoriamento quântico. É a parte mais desenvolvida, em termos de aplicação, da nova mecânica quântica.

LD: Não é que as mensagens enviadas sejam invioláveis, mas, se alguém tentar ouvir, é possível saber que tem boi na linha. Isso porque, ao contrário da mecânica clássica, a mecânica quântica tem uma característica que é a de que as medidas mudam o objeto que está sendo medido. Então, se alguém tentar ouvir uma mensagem quântica que está sendo enviada, essa mensagem é mudada. E aí se sabe que tem “espião” na escuta, ao comparar trechos da mensagem enviada com a recebida. É a chamada criptografia quântica. Criptografia é a ciência que produz chaves de codificação para as mensagens. A China tem se destacado nisso. Lançou satélites que enviam pares de fótons para dois lugares na superfície da Terra, permitindo a transmissão de mensagens entre um ponto e outro de forma segura. Também estão dominando a parte de sensoriamento quântico, enquanto os Estados Unidos estão mais concentrados na computação quântica.

LD: Antes mesmo de Heisenberg, quando Einstein falava dos corpúsculos da luz, que depois passaram a ser chamados de fótons, já havia uma base para a criptografia quântica, de fótons usados como mensageiros. Depois, na segunda revolução quântica, com a possibilidade de medição fóton por fóton, o desenvolvimento de outras técnicas foi possível. O que está na origem de todas essas aplicações é o conhecimento básico, o entendimento das regras que foram estabelecidas em laboratórios lá no século 20. Os avanços vêm do entendimento das regras da mecânica quântica, como foi com as do eletromagnetismo ou da mecânica clássica. Hoje, há a possibilidade de se lidar com fótons e átomos individuais, o que é importante para a computação quântica, onde as operações quânticas são feitas com a manipulação de átomos individuais, que absorvem fótons provenientes de feixes de laser e interagem com outros átomos de forma controlada.

LD: É interessante contar as histórias e dizer que, por trás das descobertas, havia sempre o lado humano. As dúvidas que Born tinha, as angústias de Einstein. E mostrar que as tecnologias quânticas estão em tudo que usamos, no computador, no celular, no GPS, na ressonância magnética nuclear. Outro dia fui dar uma palestra para os alunos da escola da minha neta e comparei os feitos de Einstein, Heisenberg e outros a uma história de detetive. Só que em vez de descobrir o autor de um crime as perguntas que procuravam elucidar tinham a ver com como funciona a natureza. Outra questão são as fake news e o movimento anticiência, que também concernem à comunidade científica e acadêmica. Precisamos dedicar mais tempo para divulgação da ciência, ir às escolas, conversar com as pessoas, escrever artigos que mostrem os métodos da ciência. Assim, quando aparecer alguém dizendo que a cloroquina resolve o problema da covid, por exemplo, é possível argumentar sobre as evidências científicas, ensaios clínicos, o que diz a literatura da área. Há muita coisa que vem antes da divulgação de um resultado científico, e as pessoas precisam ter ideia de como isso é feito.

LD: Em setembro do ano passado, ainda no governo de Joe Biden, o Departamento de Comércio dos Estados Unidos publicou uma nota dizendo que a tecnologia quântica só poderá ser compartilhada com países que são parceiros dos Estados Unidos. O Brasil não está nesse grupo. E, ainda que estivesse, especialmente quando se trata de equipamentos de alta tecnologia, se o próprio país não investe, fica completamente dependente do fabricante estrangeiro. Surgem novos modelos a toda hora, atualizações, principalmente no campo das tecnologias quânticas. É preciso colocar a mão na massa, como os chineses estão fazendo. Não vale essa história de comprar lá fora, porque o protecionismo está aumentando. O Brasil tem experiência nessa busca de autonomia tecnológica. O Centro Tecnológico da Marinha em São Paulo, por exemplo, que trabalha com enriquecimento do urânio, passou a desenvolver suas próprias fibras de carbono para as centrífugas usadas no processo de enriquecimento, depois das restrições de exportação dos EUA. Ao buscar autonomia para essa produção de urânio enriquecido, estimula-se o desenvolvimento de novas tecnologias. Há um desdobramento nesse processo. Temos que fazer o que na Índia já se chamou de inovação movida por imposição, pela proibição. É preciso investir e inovar.

LD: Há dois tipos de utilizações equivocadas da palavra “quântico”. Um é a ignorância. A pessoa acha que o que está fazendo ou um fenômeno que utiliza é quântico, por não saber o que é quântico. Isso pode ser resolvido através da educação e da divulgação da ciência. Mas há outra parte que é charlatanismo, e está muito presente nesta área. A solução também é a educação, que inclua o acesso da população a fontes confiáveis, e a recordação das histórias que estão por trás dessas novas tecnologias. Nada caiu do céu, não foi milagre. As descobertas vieram de muitas dúvidas, tentativas e erros dos pesquisadores. E não foi um trabalho solitário, individual, havia muita interação entre os pesquisadores, muitas cartas trocadas. Eles não podiam dormir com aquelas dúvidas na cabeça. Pode parecer difícil entender como alguém pode fazer física ou matemática e se divertir com isso, não é? Claro que tem angústia, ansiedade. Mas também tem diversão.