Um ‘buraco de minhoca’ construído em um computador quântico teletransportou informações conforme previsto

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(Créditos: MirageC/Moment/Getty Images)

Traduzido por Julio Batista
Original de Alan Boyle para o Universe Today

Pela primeira vez, cientistas criaram um experimento de computação quântica para estudar a dinâmica dos buracos de minhoca – ou seja, atalhos no espaço-tempo que poderiam contornar os limites de velocidade cósmica da relatividade.

Os buracos de minhoca são tradicionalmente o material da ficção científica, desde o passeio insano de Jodie Foster em Contato até as reviravoltas temporais na trama em Interestelar. Mas os pesquisadores por trás do experimento, relatado na edição de 1º de dezembro da revista Nature, esperam que seu trabalho ajude os físicos a estudar o fenômeno de verdade.

“Encontramos um sistema quântico que exibe as principais propriedades de um buraco de minhoca gravitacional, mas é suficientemente pequeno para ser implementado no hardware quântico de hoje”, disse a física do Caltech, EUA, Maria Spiropulu em um comunicado à imprensa. Spiropulu, autora sênior do paper da Nature, é a principal investigadora de um programa de pesquisa financiado pelo governo federal conhecido como Canais de Comunicação Quântica para Física Fundamental.

Não faça suas malas para Alpha Centauri ainda: esta simulação de buraco de minhoca nada mais é do que uma simulação, análoga a um buraco negro ou supernova gerado por computador.

E os físicos ainda não veem nenhuma condição sob a qual um buraco de minhoca atravessável possa realmente ser criado. Alguém teria que criar energia negativa primeiro.

O físico teórico da Universidade Columbia, EUA, Peter Woit, alertou contra fazer muita confusão sobre a pesquisa.

“A alegação de que ‘os físicos criam um buraco de minhoca’ é apenas uma besteira completa, com a enorme campanha deplorável para enganar o público sobre isso sendo altamente inútil para a credibilidade da pesquisa em física em particular e da ciência em geral”, escreveu ele em seu blog, que é chamado Not Even Wrong.

O principal objetivo da pesquisa foi ajudar a esclarecer um conceito conhecido como gravidade quântica, que busca unificar as teorias da relatividade geral e da mecânica quântica.

Essas duas teorias fizeram um excelente trabalho explicando como a gravidade funciona e como o mundo subatômico é estruturado, respectivamente, mas não combinam bem uma com a outra.

Uma das grandes questões se concentra em saber se o teletransporte do buraco de minhoca pode seguir os princípios que estão por trás do emaranhamento quântico.

 

 

Esse fenômeno quântico é melhor compreendido e até demonstrado no mundo real, graças à uma pesquisa vencedora do Nobel: envolve a ligação de partículas subatômicas ou outros sistemas quânticos de uma maneira que permite o que Albert Einstein chamou de “ação fantasmagórca à distância”.

Spiropulu e seus colegas, incluindo os principais autores Daniel Jafferis e Alexander Zlokapa, criaram um modelo de computador que aplica a física do emaranhamento quântico à dinâmica do buraco de minhoca.

Seu programa foi baseado em uma estrutura teórica conhecida como modelo Sachdev-Ye-Kitaev, ou SYK.

O grande desafio era que o programa precisava ser executado em um computador quântico. O chip de processamento quântico Sycamore do Google era poderoso o suficiente para assumir a tarefa, com a ajuda de ferramentas convencionais de aprendizado de máquina.

“Empregamos técnicas de aprendizado [de máquina] para encontrar e preparar um sistema quântico simples semelhante ao SYK que poderia ser codificado nas configurações quânticas atuais e que preservaria as propriedades gravitacionais”, disse Spiropulu.

“Em outras palavras, simplificamos a descrição microscópica do sistema quântico SYK e estudamos o modelo efetivo resultante que encontramos no processador quântico”.

Os pesquisadores inseriram um bit quântico, ou qubit, de informação codificada em um dos dois sistemas emaranhados – e então observaram a informação emergir do outro sistema. Do ponto de vista deles, era como se o qubit passasse entre buracos negros através de um buraco de minhoca.

“Demorou muito tempo para chegar aos resultados e nos surpreendemos com eles”, disse a pesquisadora do Caltech Samantha Davis, uma das coautoras do estudo.

A equipe descobriu que a simulação do buraco de minhoca permitia que as informações fluíssem de um sistema para o outro quando o equivalente computadorizado da energia negativa era aplicado, mas não quando a energia positiva era aplicada. Isso corresponde ao que os teóricos esperariam de um buraco de minhoca do mundo real.

À medida que os circuitos quânticos se tornam mais complexos, os pesquisadores pretendem realizar simulações de alta fidelidade do comportamento do buraco de minhoca – o que pode levar a novas reviravoltas nas teorias fundamentais.

“A relação entre emaranhamento quântico, espaço-tempo e gravidade quântica é uma das questões mais importantes da física fundamental e uma área ativa de pesquisa teórica”, disse Spiropulu.

“Estamos empolgados em dar este pequeno passo para testar essas ideias em hardware quântico e seguiremos com isso”.

Além de Jafferis, Zlokapa, Spiropulu e Davis, os autores do paper da Nature, intitulado “Traversable Wormhole Dynamics on a Quantum Processor” (Dinâmica de buraco de minhoca atravessável em um processador quântico, na tradução livre), incluem Joseph Lykken, David Kolchmeyer, Nikolai Lauk e Hartmut Neven.