O Google encontrou um uso inesperado para o computador quântico – fez um cristal temporal a partir dele

O computador quântico Sycamore da empresa mostrou valor prático pela primeira vez, de acordo com o Google. Os cientistas foram capazes de transformar o Sycamore de 20 qubit no primeiro cristal de tempo real (temporal). Não se trata de viagem no tempo. O sistema quântico do Google provou a possibilidade da existência de estruturas físicas previamente previstas apenas teoricamente – este é um avanço na física fundamental que levará a novas e surpreendentes descobertas.

Unidade de processamento de sicômoro. Fonte da imagem: Google

A ideia de cristais temporais ou temporais foi proposta pelo físico Frank Wilczek em 2012. Ele sugeriu que se os cristais conhecidos por todos nós, do diamante ao sal de cozinha, têm um ou mais eixos de simetria de sua estrutura interna (cristal), então as simetrias também podem existir no tempo e diferir a cada momento na linha do tempo. Na natureza, tais cristais não foram encontrados e, se fossem, suas propriedades mudariam com o tempo, porém, com certa periodicidade (simetria).

Na verdade, é apenas isso – simetria – que relaciona os cristais familiares (com simetria espacial) e os cristais temporais (com simetria temporal). As características da primeira e da segunda repetem-se com uma sequência impecável, embora no primeiro caso estejamos a falar de espaço, e no segundo – de tempo. Evidências convincentes da existência de cristais temporários ainda não foram apresentadas, ou esses resultados permanecem objeto de controvérsia entre os cientistas.

Mais de 100 cientistas de uma dezena de instituições científicas dos Estados Unidos participaram do experimento no computador quântico Google, direta ou indiretamente. O sistema quântico apresentado aos pesquisadores como uma ferramenta simples para transformar um grupo de qubits em um cristal temporal. Tudo o que era necessário era forçar esse grupo de qubits a permanecer estável por um tempo razoavelmente longo e demonstrar uma mudança periódica nos estados de fase – para mostrar a simetria das características ao longo do tempo. No sistema Google Sycamore, todos esses pontos podem ser definidos e rastreados – um ideal, se você pensar bem, um polígono, embora isso ainda não se aplique à computação quântica.

Durante o experimento, os cientistas mostraram simetria temporal para cadeias de 8, 12 e 16 qubits. A periodicidade temporal das propriedades dos qubits foi preservada em todos os casos, o que dá razão para falar da primeira realização física de um verdadeiro cristal de tempo discreto. Pode-se esperar que os cristais temporais mostrem o caminho para a estabilidade da computação quântica, no curso da qual qubits físicos existirão indefinidamente sem erros.

Além disso, a teoria dos cristais temporários lança um enigma na forma de uma violação da segunda lei da termodinâmica, quando um sistema (cristal) em um estado excitado não retorna a um estado estável com a energia atômica mais baixa para o meio ( chega ao equilíbrio térmico), mas permanece estável e estritamente ordenado em um nível de alta energia. As perguntas são muitas, ainda não há respostas, mas as perspectivas são inspiradoras.