Google diz que criou um cristal de tempo em um computador quântico

Cientistas do Google afirmam em um artigo científico que utilizaram a computação quântica para uma aplicação científica útil: estudar os chamados “cristais de tempo”. Teorizado há alguns anos, cristais de tempo são uma nova fase da matéria, afirmam pesquisadores, que têm potencial de se juntar aos outros estados já conhecidos como sólido, líquido e gasoso.

Embora difíceis de encontrar, cientistas do Google afirmam que seus resultados estabelecem uma “abordagem escalonável” para estudar esses cristais junto aos atuais processadores quânticos. O artigo permanece em pré-impressão e ainda requer revisão por pares, segundo o ZDNet.

Cristais de tempo não conseguem se estabelecer em equilíbrio térmico, conforme descrito na lei da termodinâmica, que afirma que os sistemas tendem naturalmente para um arranjo com a menor energia possível, levando à mudança de um estado da matéria. Em vez de degenerar lentamente em direção à aleatoriedade, diz a publicação, eles ficam presos em duas configurações de alta energia entre as quais alternam. Esse processo de vaivém pode durar para sempre, no que os cientistas descrevem como “movimento perpétuo”.

Curt von Keyserlingk, professor da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Birmingham, propõe um experimento mental para explicar o processo. Pegue uma caixa em um sistema fechado que está isolado do resto do universo, coloque dentro dela algumas dezenas de moedas e sacuda-a um milhão de vezes. À medida que as moedas quicam umas nas outras, elas mudam de posição aleatoriamente e se tornam cada vez mais caóticas. Ao abrir a caixa, a expectativa é que você se depare com cerca de metade das moedas no lado “cara” e metade no lado “coroa”.

Não importa se o experimento começou com mais moedas do lado “coroa” ou mais moedas do lado “cara”, o sistema esquece qual era a configuração 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.

Então entra o processador quântico do Google, Sycamore.

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

Nesse cenário, a equipe do Google representou as moedas na caixa com qubits girando para cima e para baixo em um sistema fechado; e em vez de sacudir a caixa, eles 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 de tempo é que ele se lembra do que estava fazendo inicialmente. Não se esquece”, diz von Keyserlingk. “O sistema de moedas em uma caixa esquece, mas um sistema de cristal de tempo não”.

Além disso, ao sacudir o sistema um número par de vezes é possível obter uma configuração semelhante à original, mas sacudindo um número ímpar de vezes é possível obter outra configuração, na qual coroas foram viradas para cara e vice -versa.

E não importa quantas operações sejam realizadas no sistema, ele sempre mudará, indo e voltando regularmente entre esses dois estados. Os cientistas chamam isso de quebra na simetria do tempo – é por isso que os cristais de tempo são chamados assim. Isso ocorre porque a operação realizada para estimular o sistema é sempre a mesma, mas a resposta só vem a cada dois batimentos, diz a publicação do ZDNet.

“No experimento do Google, eles fazem um conjunto de operações nessa cadeia de giros e, em seguida, fazem exatamente a mesma coisa de novo e de novo. Eles fazem a mesma coisa na centésima etapa que na milionésima etapa, se forem tão longe”, diz von Keyserlingk. “Então, eles submetem o sistema a um conjunto de condições que têm simetria e, ainda assim, o sistema responde de uma maneira que quebra essa simetria. É o mesmo a cada dois períodos em vez de a cada período. Isso é o que o torna literalmente um cristal de tempo”.

Ao contrário de qualquer outro sistema conhecido, eles não tendem à desordem e ao caos. Ao contrário das moedas na caixa, elas resistem à lei da entropia ao ficarem presas em um estado especial de cristal de tempo, desafiando a lei da termodinâmica.

Várias tentativas foram feitas para criar e observar os cristais do tempo até hoje, com vários graus de sucesso. Apenas no mês passado, uma equipe da Delft University of Technology, na Holanda, demonstrou que eles haviam construído um cristal de tempo em um processador de diamante.

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

Usando um laptop, é bastante fácil simular cerca de 10 qubits, explica von Keyserlingk. Adicione mais do que isso e os limites do hardware atual logo serão alcançados: cada qubit extra requer quantidades exponenciais de memória.

O cientista não chega a afirmar que esse novo experimento é uma demonstração de supremacia quântica. “Eles não estão longe o suficiente para que eu possa dizer que é impossível fazer com um computador clássico, porque pode haver uma maneira inteligente de colocá-lo em um computador clássico que ainda não pensei”, diz von Keyserlingk. “Mas eu acho que esta é de longe a demonstração experimental mais convincente de um cristal do tempo até hoje”.

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

No entanto, como todos os computadores quânticos, o processador do Google ainda sofre de decoerência, que pode causar uma deterioração nos estados quânticos dos qubits e significa que as oscilações dos cristais de tempo inevitavelmente morrem conforme o ambiente interfere no sistema, diz a publicação. A pré-impressão, porém, argumenta que, à medida que o processador se torna mais efetivamente isolado, esse problema pode ser atenuado.

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

(Com informações de ZDNet)