Cristais do tempo podem funcionar como circuitos de computadores quânticos

Um estudo recente, arquivado no repositório de pré-prints arXiv, representa um importante passo para a utilização de redes temporais (timetronics) como placas de circuito impresso para a realização de uma ampla gama de dispositivos quânticos.

Na prática, a nova abordagem, ainda não revista por pares, "permite a construção de um computador quântico, possibilitando operações de portas quânticas para todos os pares possíveis de qubits", segundo o artigo.

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Para "fazer a diferença", os autores adotaram cristais do tempo na construção de dispositivos mais estáveis e eficientes, em vez de utilizar os cristais espaciais convencionais, compostos de materiais nos quais os átomos ou moléculas se organizam em padrões repetitivos tridimensionais no espaço.

O que são cristais do tempo?

Cristal do tempo demonstrado por um computador quântico.Fonte: Quanta Magazine

Considerados pelos físicos como um estado exótico da matéria, essas estruturas cujos átomos oscilam de forma cíclica e previsível, como um relógio, foram observadas experimentalmente em 2016, na Universidade de Harvard, nos EUA.

Teorizados em 2012 pelo físico Frank Wilczek, ganhador do Prêmio Nobel, esses materiais poderiam, teoricamente, se repetir infinitamente sem uma fonte de energia, como em uma máquina de movimento perpétuo.

Isso os colocou em uma espécie de "zona proibida", já que um dispositivo desse tipo seria impossível, na prática, segundo as leis da termodinâmica.

Como aplicar cristais do tempo a um computador quântico?

A periodicidade dos cristais do tempo poderia "orquestrar" os qubits.Fonte:  Getty Images 

Para demonstrar o comportamento do cristal do tempo em ação, os físicos de Harvard testaram um método proposto por pesquisadores da Universidade da Califórnia em Berkeley. Para isso, eles colocaram partículas emaranhadas quanticamente em movimento periódico com um laser e observaram uma quebra no padrão do movimento.

Essa quebra, que mostra a distribuição de energia do material saindo do equilíbrio, indica um comportamento característico de cristal do tempo, pois a energia continua oscilando, sem impactar o equilíbrio térmico, ou seja, um sinal da presença dessa fase exótica da matéria.

No novo estudo hospedado na arXiv, Krzysztof Giergiel e Krzysztof Sacha, da Universidade Jaguelônica na Polônia, e Peter Hannaford da Universidade de Tecnologia de Swinburne na Austrália exploram, na prática, as aplicações de estruturas cristalinas em um novo tipo de circuito do "tempo" para viabilizar a construção de um computador quântico.

A importância da descoberta para a tecnologia quântica

O estudo propõe a criação de um circuito tempotrônico.Fonte:  Getty Images 

O emprego da nova cronotecnologia busca preservar a coerência na nuvem de possibilidades presente em uma partícula, quando um computador quântico tenta resolver rapidamente seus próprios tipos de algoritmos. Isso vai muito além dos estados binários de partículas usados pelos atuais computadores com interruptores "on-off" em suas portas lógicas.

Em seu artigo, Giergiel e seus dois colegas propõem usar essa periodicidade diferenciada de um cristal do tempo para criar um circuito "tempotrônico". A ideia é que essa periodicidade possa ser usada para orientar o entrelaçamento de um verdadeiro "mar" de qubits pulsando com dados.

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Mesmo se tratando de uma proposta ainda totalmente teórica, a equipe conseguiu demonstrar que a física de grupos de íons de potássio, quando resfriados a temperaturas quase absolutas e direcionados por um pulso de laser, conseguem desenvolver algoritmos que permitem aos qubits executar sua coreografia de uma forma sincronizada.

Daí, a reproduzir essa "valsa" em computador quântico prático e em grande escala é agora uma questão só de tempo.

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