Físicos confirmam a existência de cristais do tempo em simulação épica de computador quântico

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O chip usado na criação de um cristal de tempo. Crédito: Google Quantum AI.

Por Mike McRae
Publicado na ScienceAlert

Você está procurando uma lacuna nas leis que proíbem o movimento perpétuo? Saber que você tem um cristal de tempo autêntico exige mais do que um olhar atento para joias de alta qualidade.

Em um novo estudo, uma equipe internacional de pesquisadores usou o hardware de computação quântica Sycamore do Google para verificar novamente sua visão teórica de um cristal de tempo, confirmando que ele preenche todas as categorias certas para uma forma emergente de tecnologia que ainda estamos estudando.

Semelhante aos cristais convencionais feitos de unidades de átomos que se repetem infinitamente, um cristal de tempo é uma mudança que se repete infinitamente em um sistema, que não requer energia para entrar ou sair.

Embora tal coisa chegue perto de quebrar certas leis de termodinâmica, o fato da entropia do sistema não aumentar significa que ele deve ficar do lado conhecido da física.

Na realidade, esse cristal pode parecer uma oscilação de algum tipo que não se sincroniza com o resto dos ritmos do sistema. Um laser disparado continuamente em seu cristal de tempo, por exemplo, pode fazer os spins de suas partículas girarem apenas a cada duas colisões.

Este movimento recalcitrante é um comportamento característico do cristal de tempo e tem sido usado como evidência para o projetoprodução de cristais de tempo em experimentos anteriores.

Mas a complexidade absoluta de um grande número de objetos quânticos em interação, todos balançando em seu próprio ritmo, deixa algum espaço para encaixar explicações que não são necessariamente dependentes das mesmas regras que sustentam a física do cristal de tempo.

Portanto, embora seja improvável, não podemos descartar que um sistema que inicialmente parece um cristal de tempo possa, na realidade, aquecer ao longo das eras e, eventualmente, cair em desordem.

Você poderia apenas sentar e assistir seu cristal zumbir até a eventual morte por calor do Universo, é claro. Ou você pode deixar um computador quântico fazer o trabalho por você.

“O quadro geral é que estamos pegando os dispositivos que deveriam ser os computadores quânticos do futuro e pensando neles como sistemas quânticos complexos por si só”, disse Matteo Ippoliti, pós-doutorado em Stanford e coautor do estudo. “Em vez de computação, estamos colocando o computador para funcionar como uma nova plataforma experimental para perceber e detectar novas fases da matéria”.

O ponto de partida para este cristal de tempo particular foi surpreendentemente não intencional, emergindo do trabalho conduzido pela física teórica de Stanford Vedika Khemani sobre a física de não-equilíbrio.

Estamos intimamente familiarizados com as consequências desse tipo de física na vida cotidiana. Deixe sua xícara de café quente na bancada por meia hora e você descobrirá a rapidez com que sua energia térmica se dissipa quando fica fora de equilíbrio com o ambiente.

Khemani e seus colegas estavam mais interessados ​​no desequilíbrio de energia no nível muito menos intuitivo da física quântica.

Foi só quando um revisor da pesquisa de Khemani chamou sua atenção para as semelhanças entre seu próprio trabalho e os cristais de tempo que ela voltou seu foco para este novo campo emocionante da física.

“Os cristais do tempo são um exemplo notável de um novo tipo de fase quântica de não equilíbrio da matéria”, disse Khemani. “Embora muito do nosso conhecimento da física da matéria condensada seja baseado em sistemas de equilíbrio, esses novos dispositivos quânticos estão nos fornecendo uma janela fascinante para novos regimes de não equilíbrio na física de muitos corpos”.

Modelar seu cristal de tempo com a tecnologia quântica do Google permitiu que a equipe procurasse sinais de repetição infinita em apenas algumas centenas de disparadas de um pulso de laser. Eles também podem rodar a simulação para trás e dimensionar seu tamanho.

“Essencialmente, ele nos disse como corrigir seus próprios erros, de modo que a impressão digital do comportamento cristalino no tempo ideal pudesse ser determinada a partir de observações em tempo finito”, disse Roderich Moessner, um físico teórico do Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complexos em Alemanha.

Ter maneiras de modelar cristais de tempo reais com a confiança de que eles representam uma fase verdadeiramente única da matéria pode ser inestimável para sondar as complexidades insanas da física quântica de desequilíbrio.

Os cristais de tempo prometem ser um vislumbre para essas novas formas que uma ampla gama de sistemas complexos opera, fornecendo percepções não apenas dos espaços quânticos, mas de sistemas tão complexos quanto nossos próprios cérebros.

Um dia, muitos cientistas de diversos campos estarão no mercado por um cristal de tempo. Agora há menos chance de serem roubados.

Esta pesquisa foi publicada na Nature.