Dispositivo quântico simulou a maneira assustadora em que o universo pode acabar
Os computadores quânticos prometem revolucionar inúmeros aspectos da ciência, abordando problemas que nem mesmo os supercomputadores mais poderosos conseguem resolver. No entanto, essas máquinas quânticas ainda estão em desenvolvimento e não estão prontas para essa revolução. Isso não significa que não tenham aplicações com impacto científico — uma delas envolve nada menos que o fim do universo.
Segundo o professor Zlatko Papic, da Universidade de Leeds, a questão é encontrar um problema adequado para estudar com dispositivos quânticos em desenvolvimento. Algo que seja complicado para computadores clássicos, mas não tão difícil que esses dispositivos não possam oferecer informações úteis antes de serem totalmente otimizados. Papic e seu grupo utilizaram um quantum annealer de 5.564 qubits para simular o decaimento de um falso vácuo unidimensional, um possível cenário para o fim do universo, que é, segundo Papic, seu favorito absoluto.
Compreendendo o Decaimento do Falso Vácuo
Na mecânica quântica, apenas campos em seu estado mais baixo possível (estado fundamental ou verdadeiro vácuo) são verdadeiramente estáveis. Os demais podem ser metaestáveis, parecendo estáveis, mas com a possibilidade de decair para um estado estável verdadeiro. Isso é conhecido como decaimento do falso vácuo.
Se, por exemplo, o campo de Higgs do universo não estiver em seu verdadeiro estado de vácuo, ele poderia decair espontaneamente. Isso criaria uma bolha cósmica em expansão que mudaria o universo à medida que aumenta, fazendo nossa versão da realidade desaparecer. Eventualmente, todo o universo desapareceria.
Papic explicou que uma questão importante sobre o decaimento do vácuo é como esse processo realmente ocorre. Se pudéssemos ampliá-lo e assisti-lo como um vídeo, o que realmente aconteceria? O principal objetivo do estudo era entender qual é o mecanismo subjacente a esse fenômeno.
A Arte de Simular o Apocalipse
O professor Papic comparou o processo ao efeito divertido que acontece na água super-resfriada, que pode ser vista em alguns vídeos. A água está abaixo de zero, mas permanece líquida enquanto não perturbada. Ao derramar ou bater, ela se nucleia e torna-se sólida. O falso vácuo tem algumas semelhanças em princípio, mas a simulação revelou que este evento apocalíptico é muito mais complexo.
Uma descoberta inesperada foi que todo o processo é muito mais complicado do que se poderia imaginar ou do que a literatura sugere. Surgem bolhas de diferentes tamanhos, e seus tamanhos afetam como elas interagem entre si. Há um processo bastante complicado de como essas bolhas evoluem e colidem.
O Futuro das Simulações Quânticas
A equipe agora planeja estudar uma versão bidimensional do sistema e espera, à medida que a tecnologia avança, criar versões tridimensionais também. A razão pela qual eles não começaram imediatamente com 2D é que ainda precisavam validar os resultados usando modelos teóricos. Em 2D, será necessário confiar no dispositivo quântico.
Há uma grande empolgação com essas novas tecnologias, pois há realmente uma chance de responder a questões muito difíceis da física fundamental usando essa tecnologia, afirmou Papic. Este problema é um bom exemplo, já que está em discussão há cerca de meio século e é conhecido como um problema muito difícil de resolver com caneta e papel. Mas com essas novas tecnologias, pode haver uma chance!
O trabalho foi publicado na revista Nature Physics.
