Google diz ter criado um cristal do tempo num computador quântico

Naquela que poderia ser a primeira aplicação útil da computação quântica, os cientist,as do Google demonstraram a existência de uma nova fase da matéria

Os cientistas do Google afirmam num artigo científico que usaram a computação quântica para uma aplicação científica útil: estudar os chamados “cristais do tempo”. Teorizados há alguns anos, os cristais do tempo são uma nova fase da matéria, dizem os investigadores, que têm o potencial de se juntar a outros estados já conhecidos como sólidos, líquidos e gasosos.

Embora seja difícil de encontrar, os cientistas do Google afirmam que os seus resultados estabelecem uma “abordagem escalável” para estudar estes cristais com processadores quânticos atuais. O artigo permanece em pré-aviso e ainda requer revisão por pares, de acordo com a ZDNet.

Os cristais do tempo não podem assentar no equilíbrio térmico, como descrito na lei da termodinâmica, que afirma que os sistemas tendem naturalmente para um acordo com a menor energia possível, levando à mudança de um estado de matéria. Em vez de degenerarem lentamente para a aleatoriedade, diz a publicação, ficam presos em duas configurações de alta energia entre as quais alternam. Este processo de vaivém pode durar para sempre, no que os cientistas descrevem como “movimento perpétuo”.

Curt von Keyserlingk, professor da Faculdade de Física e Astronomia da Universidade de Birmingham, propõe uma experiência mental para explicar o processo. Pegue uma caixa num sistema fechado que esteja isolado do resto do universo, coloque dentro dela algumas dúzias de moedas e agite-a um milhão de vezes. À medida que as moedas saltam umas contra as outras, mudam de posição aleatoriamente e tornam-se cada vez mais caóticas. Ao abrir a caixa, a expectativa é que se encontre metade das moedas do lado das “caras” e metade no lado da “coroa”.

Se a experiência começou com mais moedas no lado da “coroa” ou mais moedas no lado das “caras”, o sistema esquece-se do que era o cenário inicial e torna-se cada vez mais aleatório e caótico à medida que é balançado. Este sistema fechado, quando é traduzido para o domínio quântico, é o cenário perfeito para tentar encontrar os cristais do tempo, e o único conhecido até hoje. “Os únicos cristais de tempo estáveis que previmos em sistemas fechados são a mecânica quântica”, diz Von Keyserlingk.

Em seguida, insira o processador quântico da Google, Sycamore.

Um processador quântico, por definição, é uma ferramenta perfeita para replicar um sistema mecânico quântico.

Neste cenário, a equipa da Google representou as moedas na caixa com qubits girando para cima e para baixo num sistema fechado; e em vez de abanar a caixa, aplicaram um conjunto de operações quânticas específicas que podem mudar o estado dos qubits, que repetiram muitas vezes.

“O primeiro ingrediente que compõe um cristal do tempo é que se lembra do que estava a fazer inicialmente. Não se esquece”, diz Von Keyserlingk. “O sistema de moedas numa caixa esquece, mas um sistema de cristal de tempo não.”

Além disso, ao agitar o sistema um número par de vezes é possível obter uma configuração semelhante à original, mas ao agitar um número ímpar de vezes é possível obter outra configuração, em que as coroas foram viradas para as caras e vice-versa.

E não importa quantas operações sejam realizadas no sistema, ela irá sempre mudar, indo e vindo regularmente entre estes dois estados. Os cientistas chamam a isto uma rutura na simetria do tempo. Isto porque a operação realizada para estimular o sistema é sempre a mesma, mas a resposta só vem a cada duas batidas, diz a publicação ZDNet.

“Na experiência do Google, fazem um conjunto de operações nesta cadeia de rotação e depois fazem exatamente a mesma coisa uma e outra vez. Fazem a mesma coisa na centésimo etapa que na milésimo etapa, se forem tão longe”, diz Von Keyserlingk. “Por isso, sujeitam o sistema a um conjunto de condições que têm simetria, e no entanto o sistema responde de uma forma que quebra essa simetria. É o mesmo a cada dois períodos em vez de cada período. É o que literalmente faz dele um cristal de tempo.”

Ao contrário de qualquer outro sistema conhecido, eles não tendem a desordem e caos. Ao contrário das moedas na caixa, resistem à lei da entropia por estarem presas num estado de cristal especial do tempo, desafiando a lei da termodinâmica.

Várias tentativas têm sido feitas para criar e observar os cristais do tempo até aos dias de hoje, com diferentes graus de sucesso. Ainda no mês passado, uma equipa da Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda, demonstrou ter construído um cristal de tempo num processador de diamantes.

Os investigadores do gigante da pesquisa usaram um chip de 20 qubits para servir como o cristal do tempo – muito mais, de acordo com von Keyserlingk, do que foi alcançado até agora e o que poderia ser alcançado com um computador clássico.

Usando um portátil, é bastante fácil simular cerca de 10 qubits, explica von Keyserlingk. Adicione mais do que isso e os limites de hardware atuais serão em breve atingidos: cada qubit extra requer quantidades exponenciais de memória.

O cientista nem sequer afirma que esta nova experiência é uma demonstração da supremacia quântica. “Eles não estão longe o suficiente, por isso posso dizer que é impossível fazer com um computador clássico, porque pode haver uma maneira inteligente de colocá-lo num computador clássico que ainda não pensei”, diz Von Keyserlingk. “Mas acho que esta é de longe a demonstração experimental mais convincente de um cristal de tempo até agora.”

De acordo com a ZDNet, a experiência da Google é uma demonstração útil que poderia genuinamente avançar com a ciência – e como tal poderia ser a chave para mostrar o papel central que os simuladores quânticos desempenharão para permitir avanços na física.

No entanto, tal como todos os computadores quânticos, o processador da Google ainda sofre de decoerência quântica, o que pode causar uma deterioração nos estados quânticos dos qubits e significa que as oscilações de cristais de tempo morrem inevitavelmente à medida que o ambiente interfere com o sistema, diz a publicação. A Prepress, no entanto, argumenta que à medida que o processador se torna mais eficazmente isolado, este problema pode ser atenuado.

Todos os resultados, no entanto, mostram o que poderia ser mais uma aplicação inicial da computação quântica e mais uma demonstração da capacidade tecnológica da empresa numa nova área de desenvolvimento altamente contestada.




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