Como os computadores quânticos podem matar a flecha do tempo

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Uma nova técnica para computação quântica poderia estourar todo o nosso modelo de como o tempo se move no universo.

Aqui está o que long parecia ser verdade: o tempo trabalha em uma direção. A outra direção? Não muito.

Isso é verdade na vida. (Terça-feira passa para quarta-feira, 2018 para 2019, juventude para a velhice.) E é verdade em um computador clássico. O que isso significa? É muito mais fácil para um software em execução no seu laptop prever como um sistema complexo se moverá e se desenvolverá no futuro do que recriar seu passado. Uma propriedade do universo que os teóricos chamam de "assimetria causal" exige que sejam necessárias muito mais informações - e cálculos muito mais complexos - para se mover em uma direção através do tempo do que para se mover na outra. (Em termos práticos, avançar no tempo é mais fácil.)

Isso tem consequências na vida real. Os meteorologistas podem fazer um trabalho razoavelmente bom ao prever se choverá em cinco dias com base nos dados do radar meteorológico de hoje. Mas pedir aos mesmos meteorologistas para descobrir se choveu cinco dias atrás usando as imagens de radar de hoje? Essa é uma tarefa muito mais desafiadora, exigindo muito mais dados e computadores muito maiores. [Os 18 maiores mistérios não resolvidos da física]

Os teóricos da informação suspeitaram por muito tempo que a assimetria causal pode ser uma característica fundamental do universo. Já em 1927, o físico Arthur Eddington argumentou que essa assimetria é a razão pela qual apenas avançamos no tempo, e nunca para trás. Se você entender o universo como um computador gigante calculando constantemente seu caminho através do tempo, é sempre mais fácil - menos intensivo de recursos - para as coisas fluir para a frente (causa, depois efeito) do que para trás (efeito, depois causa). Essa ideia é chamada de "seta do tempo".

Mas um novo artigo, publicado em 18 de julho na revista Physical Review X, abre a porta para a possibilidade de que a flecha seja um artefato de computação de estilo clássico - algo que só nos pareceu ser devido às nossas ferramentas limitadas.

Uma equipe de pesquisadores descobriu que, em certas circunstâncias, a assimetria causal desaparece dentro dos computadores quânticos, que calculam de uma maneira totalmente diferente. Ao contrário dos computadores clássicos em que as informações são armazenadas em um de dois estados (1 ou 0), com os computadores quânticos, as informações são armazenadas em partículas subatômicas que seguem algumas regras bizarras e, portanto, cada uma pode estar em mais de um estado ao mesmo tempo. E, ainda mais atraente, seu artigo aponta o caminho para pesquisas futuras que poderiam mostrar que a assimetria causal não existe realmente no universo..

Como é isso?

Sistemas muito ordenados e muito aleatórios são fáceis de prever. (Pense em um pêndulo - ordenado - ou uma nuvem de gás enchendo uma sala - desordenado.) Neste artigo, os pesquisadores analisaram sistemas físicos que tinham um nível de desordem e aleatoriedade de goldilocks - nem muito pouco, nem muito. (Portanto, algo como um sistema meteorológico em desenvolvimento.) Esses são muito difíceis de entender para os computadores, disse o co-autor do estudo Jayne Thompson, teórico da complexidade e físico que estuda informações quânticas na Universidade Nacional de Cingapura. [Física maluca: as partículas mais legais da natureza]

Em seguida, eles tentaram descobrir o passado e o futuro desses sistemas usando computadores quânticos teóricos (nenhum computador físico envolvido). Esses modelos de computadores quânticos não apenas usam menos memória do que os modelos clássicos de computador, disse ela, como também são capazes de funcionar em qualquer direção ao longo do tempo sem usar memória extra. Em outras palavras, os modelos quânticos não tinham assimetria causal.

"Embora classicamente, possa ser impossível para o processo seguir uma das direções [através do tempo]", disse Thompson, "nossos resultados mostram que 'mecanicamente quântica' o processo pode ir em qualquer direção usando muito pouca memória."

E se isso é verdade dentro de um computador quântico, é verdade no universo, disse ela.

A física quântica é o estudo dos estranhos comportamentos probabilísticos de partículas muito pequenas - todas as partículas muito pequenas do universo. E se a física quântica é verdadeira para todas as peças que constituem o universo, é verdade para o próprio universo, mesmo que alguns de seus efeitos mais estranhos nem sempre sejam óbvios para nós. Portanto, se um computador quântico pode operar sem assimetria causal, o universo também pode.

Claro, ver uma série de provas sobre como os computadores quânticos funcionarão um dia não é a mesma coisa que ver o efeito no mundo real. Mas ainda estamos muito longe de computadores quânticos avançados o suficiente para executar o tipo de modelos que este artigo descreve, eles disseram.

Além do mais, disse Thompson, esta pesquisa não prova que não haja assimetria causal em qualquer lugar do universo. Ela e seus colegas mostraram que não há assimetria em um punhado de sistemas. Mas é possível, disse ela, que existam alguns modelos quânticos muito básicos em que surge alguma assimetria causal.

"Eu sou agnóstica nesse ponto", disse ela.

Por enquanto.

O próximo passo para esta pesquisa, disse ela, é responder a essa pergunta - descobrir se existe assimetria causal em quaisquer modelos quânticos.

Este artigo não prova que o tempo não existe, ou que um dia seremos capazes de retrocedê-lo. Mas parece mostrar que um dos principais blocos de construção de nossa compreensão do tempo, causa e efeito, nem sempre funciona da maneira que os cientistas há muito supuseram - e pode nem funcionar dessa forma. O que isso significa para a forma do tempo e para o resto de nós ainda é uma questão em aberto.

O verdadeiro benefício prático desse trabalho, disse ela, é que no futuro os computadores quânticos podem ser capazes de executar facilmente simulações de coisas (como o clima) em qualquer direção ao longo do tempo, sem grandes dificuldades. Isso seria uma mudança radical em relação ao mundo da modelagem clássica atual.

Originalmente publicado em .




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