Cientistas “reverteram o tempo” em um computador quântico, com enormes implicações

Tempo: é perpetuamente limitado e nunca temos o suficiente. Alguns afirmam que é uma ilusão, enquanto outros afirmam que voa como uma flecha.

Esta seta do tempo é um problema significativo na física. Por que o tempo flui em uma direção específica? E esse curso pode ser revertido?

Um novo estudo fornece um ponto de debate essencial sobre o tema. Em um experimento com enormes consequências para o nosso conhecimento da computação quântica, uma equipe internacional de pesquisadores desenvolveu um programa de reversão de tempo para um computador quântico.

Sua abordagem também revelou um fato essencial: o processo de reversão do tempo é tão complicado que sua ocorrência espontânea na natureza é extremamente improvável, se não impossível.

Em muitos casos, as leis da física não nos impedem de viajar para frente e para trás no tempo. É concebível fazer uma operação de reversão de tempo em alguns sistemas quânticos. A equipe construiu um experimento mental baseado em um cenário plausível.

A Equação de Schrodinger governa a evolução de um sistema quântico e nos fornece a probabilidade de uma partícula estar em um determinado local.

O Princípio da Incerteza de Heisenberg é outra propriedade chave da física quântica, que afirma que não podemos saber a posição exata e o momento de uma partícula, pois tudo no universo se comporta como uma partícula e uma onda simultaneamente.

Os pesquisadores esperavam ver se uma única partícula poderia mudar de direção espontaneamente por uma fração de segundo. Eles usam a analogia de um taco quebrando um triângulo de bolas de bilhar, enviando as bolas em todas as direções – uma boa representação da segunda lei da termodinâmica, que afirma que um sistema isolado sempre progredirá da ordem para o caos – e então fazendo com que as bolas retornar ao pedido.

Os pesquisadores decidiram determinar se isso é possível ou não, tanto na natureza quanto em laboratório. Seu experimento mental começou com um elétron confinado, cuja localização dentro de uma pequena região do espaço era bastante certa.

Os princípios da mecânica quântica tornam preciso o conhecimento dessa problemática. O objetivo é ter a maior chance de que o elétron esteja localizado em um determinado local. Com o passar do tempo, essa probabilidade “se espalha”, tornando mais provável que a partícula esteja em um local maior. Os pesquisadores então propõem um procedimento de reversão de tempo para retornar o elétron ao seu local original. O experimento mental foi seguido de matemática do mundo real.

Devido a oscilações aleatórias, os pesquisadores avaliaram a probabilidade de isso ocorrer com um elétron do mundo real. Se observássemos 10 bilhões de elétrons “recém-localizados” a cada segundo durante a existência do universo (13,7 bilhões de anos), observaríamos esse fenômeno apenas uma vez.

E isso apenas atrasaria o estado quântico em um décimo de bilionésimo de segundo, ou aproximadamente o tempo entre um semáforo ficar verde e o carro atrás de você buzinar.

Embora a reversão do tempo seja incomum por natureza, ela pode ser obtida em laboratório. A equipe decidiu simular o conceito de elétron confinado em um computador quântico e desenvolver uma operação de reversão de tempo para retorná-lo ao seu estado inicial.

Ficou evidente que conforme o tamanho da simulação aumentava, sua complexidade (e precisão) diminuía. Em 85% das situações, os pesquisadores conseguiram reverter o tempo usando uma configuração de dois bits quânticos (qubit) replicando um elétron confinado. Em uma configuração de três qubits, apenas cinquenta por cento dos casos foram bem-sucedidos e houve mais erros.

Embora seja improvável que programas de reversão de tempo em computadores quânticos resultem em uma máquina do tempo (Deloreans são mais adequados para isso), eles podem ter implicações cruciais no futuro para tornar os computadores quânticos mais precisos.

Referência(s):  Relatórios Científicos