Ciência Computador quântico do Google cria novo estado da matéria

Sycamore, chip do computador quântico do Google. (Foto: Divulgação)

De acordo com uma pesquisa recém-publicada, o computador quântico do Google foi usado para criar um “cristal do tempo”: um novo estado da matéria, que desafia as leis da termodinâmica. Apesar do nome, não tem nada a ver com viagens no tempo — como fãs da série Devs ou dos Vingadores podem pensar — mas com movimento.

Há cerca de uma década, cientistas teorizam esses cristais. Eles são sistemas que operam continuamente, mesmo fora de equilíbrio. Diferente de outras formas de matéria, seus átomos estão em constante evolução. Mas nunca se conseguiu provar que eles poderiam existir no mundo real. A nova pesquisa, desenvolvida por pesquisadores do Google e das universidades de Princeton e Stanford, entre outras, diz ter atingido o que parecia impossível.

O estudo foi submetido esta semana, como uma pré-publicação — ou seja, ainda passará pela fase de revisão dos pares, antes de ser oficialmente publicado. Por isso, ainda pode ser alterado ou até refutado.

O que é um cristal do tempo?

Primeiro, precisamos entender o que é um cristal para a física: um objeto com átomos dispostos de modo a criar um padrão repetitivo (diferente de um líquido, por exemplo, em que as moléculas são distribuídas de modo não uniforme), formando redes sequenciais. São estruturas extremamente organizadas, como grãos de sal ou de neve.

Agora pense em um cristal cujo padrão não se repita a cada determinada distância, mas a cada certo tempo. Esse seria o cristal do tempo. É como um coração batendo perpetuamente, sem gastar energia, quebrando a segunda lei da termodinâmica. O movimento não é gerado por energia armazenada, mas sim pelas quebras de simetria em um fluido. O conceito foi proposto em 2012, pelo físico norte-americano Frank Wilczek, ganhador do Prêmio Nobel de Física.

Um cristal do tempo, basicamente, é constituído por três elementos principais: primeiro, uma fileira de partículas, cada qual com sua própria orientação magnética, fica presa em uma mistura de diferentes configurações de energia. Isso é conhecido como “problema de muitos corpos”.

Depois, as orientações destas partículas são invertidas, criando uma versão espelho de cada uma. Por último, há a aplicação de luz laser, fazendo com que os estados se alternem de normal para espelhado e de volta, e assim por diante, mas sem usar a energia do próprio laser. O resultado é conhecido como cristal do tempo de Floquet, proposto em 2016.

O computador quântico do Google, conhecido como Sycamore, usou um chip com 20 de seus qubits, ou partículas quânticas controláveis, que conseguem manter dois estados simultaneamente. Ajustando a força de interação entre os qubits, os pesquisadores puderam randomizar as interações e alcançar o estado de muitos corpos. Microondas, então, espelharam e “desespelharam” as partículas.

E agora?

Ainda é incerto exatamente qual avanço teórico a pesquisa conseguiu, ou quais as possíveis aplicações de um cristal do tempo. Por enquanto, de acordo com os pesquisadores, é mais uma demonstração do potencial dos computadores quânticos — uma tecnologia inovadora, ainda em desenvolvimento.

De acordo com Wilczek, se fossem produzidos, os cristais nos permitiriam medir tempo e distâncias com extrema precisão. Também poderiam revolucionar a tecnologia quântica, as telecomunicações, a mineração e até a compreensão do universo.

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