Invertendo o fluxo de tempo em um computador quântico

Invertendo o fluxo de tempo em um computador quântico

Uma equipe internacional de cientistas liderada pelo Argonne National Laboratory do Departamento de Energia dos EUA (DOE) explorou essa questão em um experimento inédito, conseguindo devolver um computador ao passado. Os resultados, publicados em 13 de março na revista Scientific Reports, sugerem novos caminhos para explorar o fluxo de tempo atrasado em sistemas quânticos. Eles também abrem novas possibilidades para testes de programas de computador quânticos e correção de erros.

Para conseguir a reversão do tempo, a equipe de pesquisa desenvolveu um algoritmo para o computador quântico público da IBM que simula o espalhamento de uma partícula. Na física clássica, isso pode parecer uma bola de bilhar atingida por uma deixa, viajando em linha. Mas no mundo quântico, uma partícula dispersa assume uma qualidade fraturada, espalhando-se em múltiplas direções. Reverter sua evolução quântica é como reverter os anéis criados quando uma pedra é lançada em um lago.

Na natureza, restaurar essa partícula de volta ao seu estado original - em essência, juntando a xícara quebrada de volta - é impossível.

O principal problema é que você precisaria de um "super sistema", ou força externa, para manipular as ondas quânticas da partícula em todos os pontos. Mas, observam os pesquisadores, a linha do tempo necessária para que esse super sistema apareça espontaneamente e manipule adequadamente as ondas quânticas estender-se-ia mais do que a do próprio universo.

Implacável, a equipe decidiu determinar como essa complexidade poderia ser superada, pelo menos em princípio. Seu algoritmo simulou um espalhamento de elétrons por um sistema quântico de dois níveis, "representado" por um computador quântico - a unidade básica da informação quântica - e sua evolução relacionada no tempo. O elétron passa de um estado localizado, ou "visto", para um disperso. Em seguida, o algoritmo lança o processo em sentido inverso e a partícula retorna ao seu estado inicial - em outras palavras, ela volta no tempo, mesmo que apenas por uma pequena fração de segundo.

Dado que a mecânica quântica é governada pela probabilidade e não pela certeza, as chances de alcançar esse talento de viagem no tempo eram muito boas: o algoritmo produziu o mesmo resultado 85% do tempo em um computador quântico de dois qubits.

"Nós fizemos o que era considerado impossível antes", disse o cientista sênior de Argonne, Valerii Vinokur, que liderou a pesquisa.

O resultado aprofunda nossa compreensão de como a segunda lei da termodinâmica - que um sistema sempre se moverá da ordem para a entropia e não o contrário - age no mundo quântico. Os pesquisadores demonstraram em trabalhos anteriores que, ao teletransportar informações, uma violação local da segunda lei era possível em um sistema quântico separado em partes remotas que poderiam se equilibrar mutuamente.

"Os resultados também dão uma ideia da irreversibilidade resultante da medição, destacando o papel que o conceito de 'medição' desempenha na própria fundação da física quântica", disse o coautor do artigo Gordey Lesovik, do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou. 

Essa é a mesma noção que o físico austríaco Erwin Schrödinger capturou com seu famoso experimento mental, no qual um gato selado em uma caixa pode permanecer morto e vivo até que seu status seja monitorado de alguma forma. Os pesquisadores suspenderam sua partícula nesta superposição, ou forma de limbo quântico, limitando suas medidas.

"Essa foi a parte essencial do nosso algoritmo", disse Vinokur. "Medimos o estado do sistema no início e no final, mas não interferimos no meio."

A descoberta pode eventualmente permitir melhores métodos de correção de erros em computadores quânticos, onde falhas acumuladas geram calor e geram novos. Um computador quântico capaz de efetivamente retroceder e limpar os erros enquanto funciona pode operar de maneira muito mais eficiente.

"Neste momento, é muito difícil imaginar todas as implicações que isso pode ter", disse Vinokur. "Estou otimista e acredito que serão muitas".

O estudo também levanta a questão: os pesquisadores agora podem descobrir uma maneira de tornar as pessoas mais velhas jovens novamente? "Talvez", brinca Vinokur, "com o financiamento adequado".

O trabalho foi feito por equipe internacional, incluindo pesquisadores do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (Gordey Lesovik, Andrey Lebedev, Mikhail Suslov), ETH Zurique (Andrey Lebedev) e Argonne National Laboratory, EUA (Valerii Vinokur, Ivan Sadovskyy).

O financiamento para esta pesquisa foi fornecido pelo Escritório de Projetos de Parceria Científica e Estratégica do DOE (Fundação Nacional da Suíça e Fundação para o Avanço da Física Teórica "BASIS").

Artigo:

G. B. Lesovik, I. A. Sadovskyy, M. V. Suslov, A. V. Lebedev, V. M. Vinokur. Arrow of time and its reversal on the IBM quantum computer. Scientific Reports, 2019; 9 (1) DOI: 10.1038/s41598-019-40765-6

Fonte:

www.sciencedaily.com

Visite também:

Bom Gosto Sons        (Músicas)
Bom Gosto Vídeos        (vídeos bons de se ver)
Ciência Review              (artigos científicos)
Como Fazer - Tudo         (vídeos variados de como fazer)
Crescer Alternativo         (vídeos sobre autoajuda e espiritualidade)
Resolvendo Sua Vida       (artigos de sabedoria)
Saúde e Comportamento  (artigos sobre saúde e comportamento)
Suor de Vaca                     (vídeos divertidos e engraçados)