Desde meados do século 20, os cientistas procuram evidências de vida inteligente além do nosso sistema solar. Por muito tempo, os cientistas que estão engajados na busca por inteligência extraterrestre (SETI) têm contado com pesquisas de radioastronomia para procurar por sinais de atividade tecnológica (também conhecidas como “tecnossignaturas”). Com 4.375 exoplanetas confirmados (e contando!), Esforços ainda maiores são esperados em um futuro próximo.
Em antecipação a esses esforços, os pesquisadores estão considerando outras possíveis tecnossignaturas que devemos estar atentos. De acordo com Michael Hippke, um pesquisador visitante do Centro de Pesquisa SETI da UC Berkeley, a pesquisa também deve ser expandida para incluir a comunicação quântica. Em uma época em que a computação quântica e as tecnologias relacionadas estão se aproximando do sucesso, faz sentido procurar por sinais em outro lugar.
A busca por tecnoassinaturas, e quais são as mais promissoras, tem sido objeto de renovado interesse nos últimos anos. Isso se deve em grande parte ao fato de que milhares de exoplanetas estão disponíveis para estudos de acompanhamento usando os telescópios de próxima geração que estarão operacionais nos próximos anos. Com esses instrumentos procurando por agulhas no “palheiro cósmico”, os astrobiólogos precisam ter uma ideia clara do que procurar.
Em setembro de 2018, a NASA sediou um Workshop de Technosignatures, que foi seguido pelo lançamento de seu Relatório de Technosignatures. Em agosto de 2020, a NASA e o Blue Marble Institute patrocinaram outra reunião – Technoclimes 2020 – para discutir conceitos para pesquisas futuras que procurariam por tecnossignaturas além dos sinais de rádio usuais. Como alguém que dedicou sua vida profissional ao SETI, Hippke tem muitos insights a oferecer.
A busca até agora
Como ele observou em seu estudo, os esforços modernos do SETI começaram em 1959, quando o famoso pioneiro do SETI Giuseppe Cocconi e o físico Philip Morrison (ambos da Cornell University na época) publicaram seu artigo seminal, “Searching for Interstellar Communications”. Neste artigo, Coccini e Morrison recomendaram a busca por sinais de vida inteligente procurando sinais de banda estreita no espectro de rádio.
Dois anos depois, R.N. Schwartz e C.H. Townes do Instituto de Análise de Defesa (IDA) em Washington DC Em seu artigo, “Interstellar and Interplanetary Communication by Optical Masers”, eles propuseram que os pulsos ópticos de lasers de micro-ondas poderiam ser uma indicação de inteligência extraterrestre (ETI) enviando mensagens para o cosmos.
Mas, como Hippke observa, seis décadas e mais de cem programas de pesquisa dedicados depois, as pesquisas que procuraram por essas tecnossinaturas em particular não produziram nada de concreto. Isso não quer dizer que os cientistas tenham procurado as assinaturas erradas até agora, mas que pode ser útil pensar em lançar uma rede mais ampla. Como Hippke explicou em seu artigo:
“Estamos procurando (e devemos continuar procurando) explosões de faróis de banda estreita, embora ainda não tenhamos encontrado nenhuma. Ao mesmo tempo, é possível expandir nossa pesquisa … Às vezes, argumenta-se nos corredores dos departamentos de astronomia que nós ‘só preciso sintonizar a banda certa’ e – voilà – será conectado ao canal de comunicação galáctica. ”
Uma revolução quântica
Embora virtualmente todas as tentativas de criar processadores quânticos sejam relativamente recentes (ocorrendo desde a virada do século), o próprio conceito remonta ao início dos anos 1970. Foi nessa época que Stephen Weisner, professor de física na Universidade de Columbia na época, propôs que a informação poderia ser codificada com segurança tirando proveito do princípio da superposição.
Esse princípio afirma que o “spin” de um elétron, uma propriedade fundamental que pode ser orientada “para cima” ou “para baixo”, é indeterminado – o que significa que pode ser um ou os dois simultaneamente. Portanto, embora um spin para cima ou para baixo seja semelhante aos zeros e uns do código binário, o princípio da superposição significa que os computadores quânticos podem realizar um número exponencialmente maior de cálculos a qualquer momento.
Além da capacidade de executar mais funções, Hippke identifica quatro possíveis razões pelas quais uma ETI optaria por comunicações quânticas. Isso inclui “manutenção de portas”, supremacia quântica, segurança da informação e eficiência da informação. “Eles são preferidos às comunicações clássicas no que diz respeito à segurança e à eficiência da informação, e teriam escapado da detecção em todas as pesquisas anteriores”, escreve ele.
O uso de computadores evoluiu consideravelmente no século passado, de máquinas isoladas para a rede mundial e, possivelmente, para uma rede interplanetária no futuro. Olhando para o futuro, Hippke argumenta que não é exagero acreditar que a humanidade pode vir a contar com uma rede quântica interestelar que permite a computação quântica distribuída e a transmissão de qubits por longas distâncias.
Com base no pressuposto de que a humanidade não é uma exceção, mas sim representante da norma (também conhecido como Princípio de Copérnico), é lógico supor que uma ETI avançada já teria criado essa rede. Com base na pesquisa da humanidade em comunicações quânticas, Hippke quatro métodos possíveis. A primeira é a “codificação de polarização”, que depende da polarização horizontal e vertical da luz para representar os dados.
O segundo método envolve o “estado Fock” dos fótons, onde um sinal é codificado pela alternância entre um número discreto de partículas e vácuo (semelhante ao código binário). As duas opções restantes envolvem codificação de bin de tempo – onde a chegada antecipada e tardia é usada – ou codificação de estado coerente de luz, onde a luz é comprimida por amplitude ou fase para simular um código binário.
Segurança e Supremacia
Dos muitos benefícios que as comunicações quânticas apresentariam para uma espécie tecnologicamente avançada, o Gate -keeping é especialmente interessante por causa das implicações que poderia ter para o SETI. Afinal, a disparidade entre o que assumimos é a probabilidade estatística de vida inteligente em nosso Universo e a falta de evidências para isso (também conhecido como o Paradoxo de Fermi) clama por explicações. Como disse Hippke:
“A ETI pode escolher deliberadamente tornar as comunicações invisíveis para civilizações menos avançadas. Talvez a maioria ou todas as civilizações avançadas sintam a necessidade de manter os” macacos “fora do canal galáctico e permitir que os membros participem apenas acima de um determinado mínimo tecnológico. O domínio das comunicações quânticas pode refletem esse limite. ”
A ideia de comunicação quântica foi discutida pela primeira vez por Mieczyslaw Subotowicz, professor de astrofísica na Universidade Maria Curie-Sklodowska em Lublin (Polônia), em 1979. Em um artigo intitulado “Comunicação interestelar por feixes de neutrinos”, Subotowicz argumentou que as dificuldades são método apresentado seria um argumento de venda para uma civilização extraterrestre suficientemente avançada (ETC).
Ao optar por um meio de comunicação com uma seção transversal tão pequena, um ETC só seria capaz de se comunicar com espécies igualmente avançadas. No entanto, observou Hippke, isso também torna virtualmente impossível detectar pares emaranhados de neutrinos. Por essa razão, os fótons emaranhados não apenas forneceriam a guarda de portas, mas também seriam detectáveis por aqueles que deveriam recebê-los.
Da mesma forma, a comunicação quântica também é preferível por causa da segurança que permite, que é um dos principais motivos pelos quais a tecnologia está sendo desenvolvida aqui na Terra. A distribuição de chave quântica (QKD) permite que duas partes produzam uma chave compartilhada que pode ser usada para criptografar e descriptografar mensagens secretas. Em teoria, isso levará a uma nova era em que as comunicações criptografadas e os bancos de dados são imunes a ataques cibernéticos convencionais.
Além disso, o QKD tem a vantagem exclusiva de permitir que as duas partes detectem um possível terceiro tentando interceptar suas mensagens. Com base na mecânica quântica, qualquer tentativa de medir um sistema quântico colapsará a função de onda de qualquer partícula emaranhada. Isso produzirá anomalias detectáveis no sistema, o que enviará imediatamente sinais de alerta. Disse Hippke:
“Não sabemos se os valores da ETI garantem a comunicação interestelar, mas é certamente uma ferramenta benéfica para civilizações expansivas que consistem em ações, como a humanidade hoje. Portanto, é plausível que os futuros humanos (ou ETI) tenham o desejo de implementar uma rede interestelar. ”
Outra grande vantagem da computação quântica é sua capacidade de resolver problemas exponencialmente mais rápido do que suas contrapartes digitais – o que é conhecido como “supremacia quântica”. O exemplo clássico é o algoritmo de Shor, um algoritmo quântico de tempo polinomial para fatorar inteiros que um computador convencional levaria anos para resolver, mas um computador quântico poderia quebrar em meros segundos.
Na computação tradicional, a criptografia de chave pública (como a criptografia RSA-2048) emprega funções matemáticas que são muito difíceis e demoradas de calcular. Dado que eles podem acomodar um número exponencialmente maior de funções, estima-se que um computador quântico poderia quebrar a mesma criptografia em cerca de dez segundos.
Por último, mas não menos importante, há a maior eficiência de informação do fóton (PIE) que as comunicações quânticas oferecem sobre os canais clássicos – medidos em bits por fóton. De acordo com Hippke, as comunicações quânticas vão melhorar a taxa de eficiência de bits por fóton em até um terço. Nesse sentido, o desejo por transmissões de dados mais eficientes tornará a adoção de uma rede quântica algo inevitável.
“Ao contrário, os canais clássicos são um desperdício energético, porque não usam todas as opções de codificação de informação por fóton”, escreve ele. “Uma vantagem quântica de ordem 1/3 não parece muito, mas por que desperdiçá-la? É lógico supor que a ETI prefere transmitir mais informações em vez de menos, por unidade de energia.”
Desafios
Obviamente, nenhum argumento de venda relacionado ao SETI estaria completo sem mencionar os possíveis desafios. Para começar, há a questão da decoerência, onde a energia (e, portanto, a informação) é perdida para o ambiente de fundo. No que diz respeito às transmissões através do espaço interestelar, os principais problemas são distância, elétrons livres (vento solar), poeira interplanetária e o meio interestelar – nuvens de poeira e gás de baixa densidade.
“Como linha de base, a maior distância sobre a qual experimentos de emaranhamento óptico bem-sucedidos foram realizados na Terra é 144 km”, observa Hippke. Como a densidade de massa da atmosfera terrestre é de 1,2 kg m-3, isso significa que um sinal passando por uma coluna de 144 km (~ 90 mi) de comprimento estava lidando com uma densidade de coluna de 1,728 × 105 kg m-2. Em contraste, a densidade da coluna entre a Terra e a estrela mais próxima (Proxima Centauri) é oito ordens de magnitude menor (3 × 10-8 kg m-2).
Outro problema é o atraso imposto por um Universo relativístico, o que significa que as mensagens até mesmo para os sistemas estelares mais próximos levariam anos. Como resultado, a computação quântica é algo que será executado localmente na maior parte, e apenas qubits condensados serão transmitidos entre os nós de comunicação. Com isso em mente, existem alguns indícios que a humanidade pode estar procurando nos próximos anos.
O que procurar?
Dependendo do método usado para transmitir informações quânticas, certas assinaturas resultariam que os pesquisadores do SETI poderiam identificar. Atualmente, as instalações SETI que realizam observações no espectro de luz visível não estão equipadas para receber comunicações quânticas (uma vez que a tecnologia ainda não existe). No entanto, eles estão equipados para detectar fótons, obter espectros e realizar experimentos de polarização.
Como tal, argumenta Hippke, eles seriam capazes de extrair sinais potenciais do ruído de fundo do espaço. Isso é semelhante ao que o professor Lubin sugeriu em um artigo de 2016 (“The Search for Directed Intelligence”), onde ele argumentou que os sinais ópticos (lasers) usados para propulsão de energia direcionada ou comunicações resultariam em “transbordamento” ocasional que seria detectável .
Da mesma forma, fótons “errantes” poderiam ser coletados por observatórios e medidos quanto a sinais de codificação usando várias técnicas (incluindo aquelas identificadas no estudo). Um método possível que Hippke recomenda é a interferometria de longa duração, em que vários instrumentos monitoram a amplitude e a fase dos campos eletromagnéticos no espaço ao longo do tempo e os compara a uma linha de base para discernir a presença de codificação.
Porém, uma coisa deve ser considerada: se ouvir as comunicações quânticas da ETI, isso não causará a perda de informações? E se sim, o ETI em questão não perceberia que estávamos ouvindo? Supondo que eles não estivessem cientes de nós antes, com certeza o estariam depois que tudo isso acontecesse! Pode-se concluir que seria melhor não escutar as conversas das espécies mais avançadas!
Publicado em 01/05/2021 12h45
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