Jacob Hoover
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O tempo vai em uma direção: para frente. Os meninos ficam velhos, mas não vice-versa; as xícaras de chá se estilhaçam, mas nunca se recompõem espontaneamente. Essa propriedade cruel e imutável do universo, chamada de "flecha do tempo", é fundamentalmente uma consequência da segunda lei da termodinâmica, que determina que os sistemas sempre tenderão a se tornar mais desordenados com o tempo. Mas recentemente, pesquisadores dos EUA e da Rússia dobraram a flecha um pouco - pelo menos para partículas subatômicas.
No novo estudo, publicado nesta terça-feira (12 de março) na revista Scientific Reports, os pesquisadores manipularam a seta do tempo usando um minúsculo computador quântico feito de duas partículas quânticas, conhecidas como qubits, que realizava cálculos. [Twisted Physics: 7 Mind-Blowing Findings]
Na escala subatômica, onde as regras estranhas da mecânica quântica prevalecem, os físicos descrevem o estado dos sistemas por meio de uma construção matemática chamada função de onda. Esta função é uma expressão de todos os estados possíveis em que o sistema poderia estar - mesmo, no caso de uma partícula, todas as localizações possíveis em que ele poderia estar - e a probabilidade de o sistema estar em qualquer um desses estados em qualquer momento . Geralmente, com o passar do tempo, as funções de onda se espalham; a possível localização de uma partícula pode ser mais distante se você esperar uma hora do que se você esperar 5 minutos.
Desfazer a propagação da função de onda é como tentar colocar o leite derramado de volta na mamadeira. Mas isso é exatamente o que os pesquisadores realizaram neste novo experimento.
"Basicamente, não há chance de isso acontecer por conta própria", disse o pesquisador Valerii Vinokur, físico do Laboratório Nacional de Argonne, em Illinois. "É como aquele ditado, onde se você der a um macaco uma máquina de escrever e muito tempo, ele pode escrever Shakespeare." Em outras palavras, é tecnicamente possível, mas tão improvável que também pode ser impossível.
Como os cientistas fizeram o essencialmente impossível acontecer? Controlando cuidadosamente o experimento.
"Você realmente precisa de muito controle para fazer todos os pedaços quebrados de uma xícara de chá se juntarem", disse Stephen Bartlett, professor de física da Universidade de Sydney. Bartlett não estava envolvido no estudo. "Você tem que ter muito controle sobre o sistema para fazer isso ... e um computador quântico é algo que nos permite ter um grande controle sobre um sistema quântico simulado."
Os pesquisadores usaram um computador quântico para simular uma única partícula, sua função de onda se espalhando ao longo do tempo como uma ondulação em um lago. Em seguida, eles escreveram um algoritmo no computador quântico que inverteu a evolução do tempo de cada componente da função de onda, essencialmente puxando aquela ondulação de volta para a partícula que a criou. Eles realizaram essa façanha sem aumentar a entropia ou desordem em outras partes do universo, aparentemente desafiando a flecha do tempo.
Isso significa que os pesquisadores fizeram uma máquina do tempo? Eles violaram as leis da física? A resposta é não para ambas as perguntas. A segunda lei da termodinâmica diz que a ordem do universo deve diminuir com o tempo, mas não que nunca possa permanecer a mesma em casos muito especiais. E este experimento foi pequeno o suficiente, curto e controlado o suficiente para que o universo não ganhasse nem perdesse energia.
"É muito complexo e complicado enviar ondas em um lago de volta" depois de criadas, Vinokur disse, "mas vimos que isso era possível no mundo quântico, em um caso muito simples." Em outras palavras, foi possível quando eles usaram o controle dado a eles pelo computador quântico para desfazer o efeito do tempo.
Depois de executar o programa, o sistema voltou ao estado original 85% das vezes. No entanto, quando um terceiro qubit foi introduzido, o experimento teve sucesso apenas 50 por cento das vezes. Os pesquisadores disseram que a complexidade do sistema provavelmente aumentou muito com o terceiro qubit, tornando mais difícil para o computador quântico manter o controle sobre todos os aspectos do sistema. Sem esse controle, a entropia não pode ser controlada e, portanto, a reversão do tempo é imperfeita. Ainda assim, eles estão visando sistemas e computadores quânticos maiores para seus próximos passos, disse Vinokur .
"O trabalho é uma bela contribuição para os fundamentos da física", disse James Whitfield, professor de física do Dartmouth College em New Hampshire, que não esteve envolvido no estudo. "Isso nos lembra que nem todas as aplicações da computação quântica devem ser orientadas a aplicações para serem interessantes."
"É exatamente por isso que estamos construindo computadores quânticos", disse Bartlett. "Esta é uma demonstração de que os computadores quânticos podem nos permitir simular coisas que não deveriam ocorrer no mundo real."
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Originalmente publicado em .