Físicos usam computador quântico para simular a criação de antimatéria

Pela primeira vez, os físicos usaram um computador quântico primitivo para simular a criação espontânea de pares de partícula e antipartícula. Esta é a primeira simulação completa de um experimento de física de alta energia – algo que nossos computadores atuais são incapazes de fazer – e pode dar aos físicos a oportunidade de investigar como os quarks se unem em prótons e nêutrons, e como essas partículas fundamentais do universo formam núcleos atômicos.

Os computadores quânticos devem revolucionar a computação no futuro, porque não estão limitados aos 0s e 1s de bits do código binário usados nos computadores de hoje. Em vez disso, os computadores quânticos usam qubits, que, essencialmente, podem ser 0s, 1s ou uma “superposição” dos dois.

Então, ao invés de ter bits que só podem ser 1 ou 0 em um dado momento, qubits podem ser tudo e qualquer coisa. Isso significa que eles podem executar muitos cálculos simultaneamente, dando-lhes a possibilidade de um poder de processamento sem precedentes.

Quão sem precedentes? Bem, o “computador quântico” D-Wave 2, da Google, é 100 milhões de vezes mais rápido do que um notebook comum, e muitos físicos argumentam que ele não é nem mesmo sequer um computador realmente quântico.

Em 2014, uma equipe internacional de cientistas da computação publicou um artigo na revista Science mostrando que o D-Wave 2 falhou em certos testes de benchmark, o que significa que ele era mais rápido do que os computadores regulares em alguns testes, mas, na verdade, mais lento em outros. O D-Wave 2 trabalha atualmente com o dobro de qubits, mas ninguém foi capaz de verificar de forma independente o seu comportamento quântico.

Primeiros passos

Mas existem computadores quânticos experimentados e testados – apesar de serem muito primitivos. Para simular a criação de antimatéria, uma equipe de físicos austríacos usou um computador que retém quatro íons de cálcio em uma linha com campos eletromagnéticos poderosos, transformando-os em qubits flutuantes em um vácuo.

Quando pulsos de laser estrategicamente posicionados foram disparados contra os qubits, as flutuações quânticas de energia permitiram aos pesquisadores calcular matematicamente se esta energia foi transformada em matéria, criando partículas de elétrons e suas antipartículas, os pósitrons.

“Eles manipularam os spins dos íons – suas orientações magnéticas – usando feixes de laser”, relatou Davide Castelvecchi na revista Nature. “Isto fez com que os íons executassem operações lógicas, os passos básicos em qualquer cálculo de computador”.

A equipe realizou várias sequências de 100 passos – cada uma tendo não mais do que alguns milissegundos para ser concluída, e depois observou o estado dos íons usando uma câmera digital. Eles poderiam dizer pela localização e pela orientação dos íons se o processo tinha criado uma partícula ou uma antipartícula nesse ponto.

Confirmando a eletrodinâmica quântica

O experimento foi muito simples, executado em um computador quântico muito primitivo, “mas seus cálculos confirmaram as previsões de uma versão simplificada da eletrodinâmica quântica, a teoria estabelecida da força eletromagnética”, diz Castelvecchi.

Se isso puder ser ampliado, permitiria que os físicos testassem os resultados previstos na física teórica como nunca antes.

“Quanto mais forte for o campo, mais rápido podemos criar partículas e antipartículas”, Esteban Martinez, da Universidade de Innsbruck, na Áustria, e membro da equipe, disse à Nature.

O único problema? O dimensionamento de computadores quânticos é muito complicado, e enquanto a Google diz que o D-Wave 2 está trabalhando agora com mais de 1.000 qubits, críticos ainda não conseguem concordar sobre se o seu comportamento é realmente quântico.

Mas com experimentos como este, temos finalmente um vislumbre do que a ciência pode fazer quando tivermos computadores quânticos funcionando plenamente, por isso vamos manter a esperança de que isso dará aos cientistas o impulso que precisam para chegar lá. [Science Alert]

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