Cristal do tempo vira placa de circuito impresso para computador quntico

Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 02/07/2024

Tempotrnica

Agora que os cristais do tempo deixaram de ser uma mera curiosidade, j durando tempo suficiente para serem teis, comearam a surgir as primeiras propostas de uso prtico dessas estruturas intrigantes que, ao menos teoricamente, podem at mesmo sobreviver ao fim do Universo.

Um trio de fsicos da Austrlia e da Polnia est propondo construir placas de circuito impresso temporais, feitas com cristais do tempo, como um caminho para resolver os problemas de erros que ainda atravancam o desenvolvimento dos computadores qunticos.

Mais problemtico do que aumentar o nmero de qubits, o que necessrio para que os computadores qunticos possam resolver problemas prticos, preciso resolver o problema dos erros nessas computaes. Como os fenmenos qunticos so muito sensveis, os qubits perdem os dados muito facilmente – e, quanto maior o nmero de qubits, maior ser o problema.

Alm do mero contato com o ambiente – os computadores qunticos funcionam resfriados at prximo do zero absoluto para tentar evitar isso -, surgem erros quando os qubits interagem entre si durante a execuo dos clculos. Essas interaes levam degradao dos seus estados qunticos, ou seja, das informaes que eles contm. A preciso ficar repetindo os clculos exausto para que a confiana nos resultados possa alta o suficiente.

Krzysztof Giergiel e seus colegas desenvolveram ento uma ideia que poder permitir aos qubits trabalharem em conjunto e trocar dados de uma forma que evita que as suas interaes degradem seus dados.

Esquema para a criao de um cristal do tempo usando partculas controladas por feixes de luz: Demonstrao no espao 1D esquerda, e esquema final do dispositivo tempotrnico direita.
[Imagem: Giergiel/Hannaford/Sacha]

Placa de circuito impresso temporal

A ideia simples: Usar um cristal do tempo como se ele fosse uma placa de circuito impresso. Seria uma placa de circuito impresso temporal, por assim dizer – assim como os componentes eletrnicos ficam distribudos no espao de uma placa de circuito impresso comum, os qubits ficaro distribudos no tempo, inaugurando o que os pesquisadores batizaram de “tempotrnica”.

Primeiro, lembre-se como funciona um cristal do tempo: Enquanto nos cristais comuns os tomos formam arranjos peridicos que se repetem em grandes escalas de comprimento, nos cristais do tempo a estrutura cristalina muda periodicamente no tempo, alterando-se continuamente em um ritmo preciso.

A proposta consiste em construir um cristal do tempo formado por tomos ultrafrios, que tambm funcionariam como qubits. Desse modo, os qubits permaneceriam espalhados, e sempre em movimento, o que lhes permitir cruzar os caminhos de outros qubits e interagir com eles de maneiras que no levaro degradao dos seus estados.

Essa estrutura tambm permitiria que qubits distantes interagissem de maneiras que no so possveis nos computadores qunticos atuais, abrindo o caminho para rodar algoritmos mais complexos do que possvel hoje.

O trio de pesquisadores esclarece que ainda no construiu um computador quntico assim, mas j est trabalhando com tomos de potssio ultrafrios para construir o cristal do tempo, ou seja, a placa de circuito impresso temporal no qual o computador quntico prova de erros poder ser construdo.

Os tomos ultrafrios podem ser preparados em estados nos quais eles no interagem, abrindo a possibilidade de se controlar seletivamente as interaes entre os qubits que ocupam qualquer par de pacotes de ondas.
[Imagem: Giergiel/Hannaford/Sacha]

O que so cristais do tempo?

Os cristais comuns – poderamos dizer, “cristais no espao” – so arranjos peridicos de tomos que se repetem em um arranjo que confere aos cristais uma aparncia fascinante. Como na fsica o espao e o tempo so tipicamente tratados no mesmo nvel, o fsico Frank Wilczek postulou em 2012 que, alm de cristais no espao, tambm deveria haver cristais no tempo.

A ideia de Wilczek que, para surgir um cristal do tempo, uma das suas propriedades fsicas teria que comear espontaneamente a mudar periodicamente no tempo, mesmo que o sistema no experimentasse a interferncia peridica correspondente – ou seja, sem que nada externo forasse o cristal a se modificar.

De 2017 em diante, os cientistas conseguiram demonstrar um potencial cristal do tempo sob algumas condies especiais. No entanto, aqueles eram sistemas que – ao contrrio da ideia original de Wilczek – eram submetidos a uma excitao temporal com uma periodicidade especfica, e depois reagiam com outro perodo duas vezes mais longo.

Mas logo a seguir, em 2019, se demonstrou que um cristal do tempo pode existir sem qualquer fora externa; em 2021 um cristal do tempo foi filmado pela primeira vez, eles finalmente comearam a sair dos ambientes controlados dos experimentos qunticos e um deles at foi criado dentro de um processador quntico.

O cristal do tempo “definitivo”, que se comporta periodicamente no tempo, embora a excitao seja independente do tempo, ou seja, constante, foi finalmente demonstrado em 2022 em um condensado de Bose-Einstein. No entanto, o cristal viveu apenas alguns milissegundos – pela teoria um cristal do tempo pode at mesmo sobreviver ao fim do Universo.

Ento, no incio deste ano, fsicos finalmente criaram um cristal do tempo que dura muito tempo. Assim, uma questo de tempo para que eles comecem a funcionar como uma placa de circuito impresso quntica.

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