Cristais do tempo oferecem nova rota para computação quântica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/06/2022

Os pesquisadores resfriaram o superfluido hélio-3 até quase o zero absoluto nessa câmara criogênica, onde dois cristais do tempo foram criados e colocados em contato um com o outro.
[Imagem: Aalto University/Mikko Raskinen]

Cristais do tempo

Físicos criaram pela primeira vez um sistema de dois cristais do tempo que interagem mutuamente, em um experimento que parece dobrar as leis da física.

Os cristais do tempo já foram considerados impossíveis porque são feitos de átomos em um movimento sem fim.

Diferentemente de um cristal comum - como metais ou rochas - que é composto de átomos dispostos em um padrão que se repete regularmente no espaço, os cristais do tempo apresentam a propriedade bizarra de, sem nenhuma entrada externa de energia, estar em constante movimento repetitivo. Ou seja, a estrutura de um cristal do tempo se repete no tempo e não no espaço - seus átomos estão constantemente oscilando, girando ou se movendo primeiro em uma direção e depois na outra.

"Todo mundo sabe que máquinas de movimento perpétuo são impossíveis. No entanto, na física quântica, está tudo bem com o movimento perpétuo, ao menos enquanto mantivermos os olhos fechados. Esgueirando-nos por esta rachadura, nós podemos construir cristais do tempo," disse Samuli Autti, da Universidade de Lancaster, no Reino Unido.

O termo "manter os olhos fechados" refere-se ao conhecido princípio da incerteza de Heisenberg, que afirma que você não pode conhecer a posição e a velocidade de uma partícula com precisão perfeita, e, quanto mais você sabe sobre uma, menos saberá sobre a outra - decorre daí que, enquanto você não medir o sistema quântico, coisas como múltiplos locais e múltiplos estados podem coexistir pacificamente.

Acontece que, para isso, o sistema quântico precisa ficar totalmente isolado do seu ambiente. Pelo menos, era o que se pensava até agora, já que Autti e seus colegas conseguiram criar não um, mas dois cristais do tempo, e fazê-los interagir um com o outro.

Esquema do experimento (esquerda) e interação dos dois cristais de tempo (direita).
[Imagem: S. Autti et al. - 10.1038/s41467-022-30783-w]

Computador quântico a temperatura ambiente

A equipe começou resfriando hélio-3 a cerca de um décimo de milésimo de grau acima do zero absoluto (0,0001K ou -273,15°C), e então criaram dois cristais do tempo dentro desse superfluido. Eles então os colocaram em contato um com o outro e puderam observá-los interagindo conforme descrito pela física quântica.

"Em nossos experimentos, dois cristais de tempo acoplados, consistindo de quasipartículas de ondas de spin (magnons), formam um sistema macroscópico de dois níveis. Os dois níveis evoluem no tempo conforme determinado intrinsecamente por uma retroalimentação não linear, permitindo-nos construir uma dinâmica espontânea de dois níveis," explicou a equipe.

E isso abre muitas possibilidades porque um "sistema de dois níveis" é um bloco de construção básico de um processador quântico.

Ou seja, cristais de tempo podem ser usados para construir computadores quânticos que funcionem à temperatura ambiente, uma vez que já foram demonstrados cristais do tempo fora do controlado "ambiente quântico".

"Nosso trabalho abre uma perspectiva para a detecção de férmions de Majorana ligados à superfície no sistema superfluido subjacente e convida a exploração tecnológica de fenômenos de magnon coerentes - potencialmente mesmo à temperatura ambiente. Nós demonstramos que os cristais do tempo de magnons permitem o acesso a todos os aspectos e detalhes das interações quânticas coerentes em uma única execução do experimento," concluiu a equipe.

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