Google cria "Cristal do Tempo" com computador quântico

Pesquisadores do Google e das principais universidades dos Estados Unidos afirmam ter criado um novo estado da matéria. 

Com o apoio de um computador quântico do Google, esse novo estado é chamado de Cristal do Tempo. A possível existência de um cristal de tempo só foi teorizada há nove anos. 

Um Cristal do Tempo (Time Crystal) é uma estrutura que permanece estável, resistindo a qualquer dissolução na aleatoriedade, apesar de existir em um estado de fluxo constante.  

De forma simplificada, esses cristais são basicamente uma “fase” da matéria, ou seja, eles existirão perpetuamente entre dois estados sem perder energia. 

Por que os cristais do tempo são tão desconcertantes? 

Direto de um episódio de Rick e Morty, os cristais do tempo desafiam um dos princípios mais importantes da física: o segundo princípio da termodinâmica.  

Essa lei explica que "a quantidade de entropia de qualquer sistema isolado termodinamicamente tende a incrementar-se com o tempo, até alcançar um valor máximo".  

Essa tendência de crescimento da desordem explica muitas coisas, como por exemplo: por que é mais fácil misturar os ingredientes do que separá-los novamente, ou por que os fios dos fones de ouvido ficam tão emaranhados. 

Também define a flecha do tempo, com o universo passado sempre mais ordenado do que o presente.   

Isso provavelmente parecerá estranho para você, principalmente porque você está testemunhando a reversão contraintuitiva desse fluxo entrópico. 

A descoberta dos cristais do tempo e a pesquisa feita foram postadas no arXiv, um banco de dados de pré-impressão em 28 de julho. 

Os cientistas foram capazes de manter o cristal do tempo por cerca de 100 segundos usando um Bit quântico (versão da computação quântica do bit de computador tradicional) dentro do núcleo do processador quântico Sycamore do Google. 

Como o cristal foi criado? 

Computador quântico Sycamore, da Google. Imagem: phys.org

A entropia embutida em cada objeto não parece se aplicar a esses cristais do tempo, pois eles continuam a se mover para frente e para trás entre dois estados. Só na mecânica quântica podem existir objetos como cristais do tempo. 

Na mecânica quântica, os objetos agem como partículas e ondas ao mesmo tempo. Quanto mais ondas existem em uma área, maiores são as chances de encontrar uma partícula naquela região. 

Mas devido à aleatoriedade programada em um Bit quântico, uma partícula fica suspensa em um ponto - tornando-se possível localizá-la. 

Os pesquisadores usaram esse processo de localização como a base de seu experimento.  

Usando 20 tiras de alumínio supercondutor para seus Bits quânticos, os cientistas programaram cada uma em um de dois estados possíveis.   

Então, ao lançar um feixe de ondas sobre as tiras, eles foram capazes de conduzir seus bits a estados invertidos. Eles repetiram o experimento diversas vezes e pararam em pontos diferentes para registrar os estados em que seus bits estavam.  

Em vez de se aproximarem lentamente do equilíbrio térmico de modo que sua energia ou temperatura seja distribuída igualmente por todo o ambiente, eles ficam presos entre dois estados de energia acima desse estado de equilíbrio, alternando entre eles indefinidamente. 

O que eles descobriram foi que sua coleção de bits quânticos estava oscilando apenas entre duas configurações, e os bits não estavam absorvendo o calor das ondas. Ou seja, eles haviam feito um cristal de tempo.  

Nesse sentido, um cristal de tempo é como um pêndulo que nunca para de oscilar. 

E agora, o que pode acontecer? 

Toda essa estranheza torna os cristais do tempo ricos em novas possibilidades físicas, e o controle que Sycamore fornece aos pesquisadores, além de outras configurações experimentais, pode torná-lo uma plataforma ideal para investigações futuras.  

Isso não quer dizer que não possa ser melhorado. Como todos os sistemas quânticos, o computador do Google precisa estar perfeitamente isolado de seu ambiente para evitar que seus qubits passem por um processo chamado decoerência quântica. 

Esse processo quebra os efeitos de localização quântica, destruindo o cristal de tempo. Os pesquisadores estão trabalhando em maneiras de isolar melhor seu processador e mitigar o impacto da decoerência, mas é improvável que eliminem o efeito para sempre. 

Apesar disso, o experimento do Google provavelmente continuará sendo a melhor maneira de estudar os cristais do tempo em um futuro próximo.  

Embora outros projetos tenham conseguido fazer de forma convincente cristais de tempo, com diamantes, quasipartículas e com condensados de Bose-Einstein, na maior parte, os cristais produzidos nessas configurações se dissipam muito rapidamente para um estudo detalhado. 

A novidade teórica dos cristais é, de certa forma, uma faca de dois gumes, já que os físicos atualmente lutam para encontrar aplicações claras para eles. 

Outras propostas incluem o uso dos cristais para melhor armazenamento da memória ou para o desenvolvimento de computadores quânticos com capacidade de processamento ainda mais rápida. 

Mas, em outro sentido, a maior aplicação dos cristais do tempo já estar aqui: eles permitem que os cientistas investiguem os limites da mecânica quântica.