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Física & Química

Quando um computador quântico burlou o tempo e a entropia

Por que o fone de ouvido enrola? Entropia: um sistema tende à desordem, à menos que você seja um russo com um computador quântico.

Computador quântico da IBM (Créditos da imagem: IBM)

O tempo corre, as coisas se bagunçam. Porque o fone de ouvido se enrola no bolso? Isso tudo é explicado pela segunda lei da termodinâmica, a entropia: um sistema tende à desordem, a menos que você seja um russo com um computador quântico.

A entropia

Se você jogar um copo no chão, ele se quebrará em dezenas, ou centenas de pedaços. Agora pegue esses pedaços e jogue-os no chão novamente- e não, o copo não se juntará novamente.

Se você deixa um copo de água um copo com gelo em algum local, em um momento ele se torna líquido, certo? A entropia aumenta. Mas se você deixa o líquido em um local, não se torna gelo, a entropia continua a aumentar.

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Ok, para esse caso existe uma exceção: você pode congelar a água novamente. Entretanto, isso não significa retirar a entropia. Você só pode diminuir a entropia de um sistema se outro sistema tiver um aumento de entropia equivalente.

Note que sua geladeira esquenta, naqueles tubos na traseira. Um outro fenômeno que ocorre lá, com gases, absorve o calor da sua água, e consequentemente, a entropia.

As leis da termodinâmica são algumas das leis fundamentais do universo, e não podem ser quebradas. Bom.. são inquebráveis pelo menos no mundo macroscópico. 

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O mundo quântico é um pouco diferente

Com certeza você já viu nas redes sociais o famoso gato de Shröndiger, mas muito provavelmente não entende o conceito. O gato é uma metáfora para algo da mecânica quântica chamado de superposição quântica.

Imagine que você tem uma pistola que pode atirar elétrons. À sua frente, há uma parede com um pequeno furo microscópico, suficiente apenas para o elétron conseguir passar.

Então você atira mirando exatamente no furo. O elétron passou por ele? A resposta é sim e não. O elétron fez todos os caminhos possíveis, por isso, o localizamos por meio de probabilidades.

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Agora digamos que você quer saber se ele pode ter passado pelo buraco. Para “rastreá-lo”, você abre a mão da informação da velocidade dele. 

Se você quiser saber a velocidade com que ele passou pelo furo, você não pode saber com exatidão a sua “rota”. É impossível obter as duas informações com uma precisão. Isso se chama de princípio da incerteza de Heisenberg.

E o que tem a ver o elétron com o tempo e a entropia?

Você lembra da nossa amiga entropia? Pois então… ela aumenta com o tempo, correto? Isso significa que quanto mais tempo você deixar o elétron “solto”, maior o número de probabilidades.

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Agora vejamos um cenário como o da xícara: imagine que você soltou sua xícara e ela quebrou. Você pega os cacos da xícara e os joga, e você possui o poder de burlar a entropia, então os cacos voltam a ser uma xícara.

Em 2019, cientistas russos e americanos conseguiram fazer algo semelhante, mas com um elétron, utilizando um computador quântico. 

Basicamente, se o elétron segue inúmeros caminhos temporais e espaciais, pode haver um cenário onde você solte o elétron e ele volte para a sua mão, mas essa probabilidade é extremamente baixa, e você levaria um tempo imensurável para que isso ocorresse.

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A vantagem de um computador quântico, é que, por seguir esse mesmo princípio de probabilidades, ele pode fazer cálculos de muitos cenários ao mesmo tempo, de forma muito rápida.

De início, o computador funciona e ele segue a termodinâmica, formando várias possibilidades. Os cientistas, então, “configuram” esse computador, confinando algumas dessas probabilidades.

Imagine uma mesa de sinuca, mas as bolas são elétrons. Você bate neles e eles passam a seguir esse caminho de probabilidades. O que os cientistas conseguiram fazer, é com que essas bolas se organizassem novamente, no triângulo inicial do jogo, como se eles tivessem voltado no tempo e a entropia tivesse diminuído, em 85% das vezes.

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O feito possui diversas aplicações para a melhoria da computação quântica e para o entendimento da mecânica quântica.

O artigo foi publicado em 2019 na Nature Scientific Reports.

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É divulgador científico por paixão. Gradua-se em Física pela UFSCAR e atua principalmente na Ciencianautas e SoCientífica.


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