O tempo é contínuo ou discreto? Relógios atômicos vão responder

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/05/2026

Íons aprisionados são usados para computação quântica e cronometragem ultraprecisa. O que se descobriu agora é que a combinação dessas capacidades pode revelar uma camada mais profunda da realidade física: Superposições quânticas da passagem do tempo.
[Imagem: Igor Pikovski]

O tempo é quântico

Quando olha para um relógio digital, você pode ver os segundos, minutos e horas saltando de um valor para outro. Contudo, nossa intuição nos diz que o tempo é analógico, ou contínuo - apenas nossas marcações do tempo é que são imprecisas o bastante para nos dar essa impressão de um movimento discreto, "quebradinho" por assim dizer.

Mas a teoria quântica gosta de coisas discretas, e nos diz que o fluxo do tempo pode existir em porções discretas. Se essa teoria estiver correta, então o próprio fluxo do tempo pode imitar o que já vemos com as partículas - por exemplo, o tempo pode existir em uma superposição quântica, tiquetaqueando mais rápido ou mais lento simultaneamente.

Até agora isso era só teoria, mas Gabriel Sorci e colegas do Instituto Stevens de Tecnologia, nos EUA, acabam de idealizar um modo de verificar isso experimentalmente.

Segundo os cálculos da equipe, as mesmas tecnologias que estão sendo desenvolvidas para os relógios atômicos e os computadores quânticos de próxima geração poderão viabilizar o estudo desse comportamento fundamental do tempo: Quando o movimento de um relógio atômico obedece à mecânica quântica, seu movimento poderá existir em superposição, o que significa que a própria passagem do tempo registrada pelo relógio poderá estar ou ser posta em superposição quântica.

Isso é análogo ao famoso gato de Schrodinger, onde a natureza contraintuitiva da superposição quântica é ilustrada por um gato que está vivo e morto ao mesmo tempo. Neste caso, é a própria passagem do tempo que está em superposição, como um gato que é jovem e velho simultaneamente.

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Ilustração da dinâmica do tempo clássica, semiclássica e quântica de um relógio atômico de íons aprisionados.
[Imagem: Gabriel Sorci et al. - 10.1103/qhj9-pc2b]

Envelhecer e rejuvenescer ao mesmo tempo

O tempo já é um conceito contraintuivo desde a teoria da relatividade de Einstein, com o tempo deixando de ser absoluto, e sua passagem passando a depender do movimento e da gravidade. Na teoria da relatividade, cada relógio experimenta seu próprio fluxo de tempo, o que é ilustrado pelo paradoxo dos gêmeos: Dois gêmeos idênticos envelhecerão de forma diferente se um deles fizer uma viagem de ida e volta em uma nave com capacidade para viajar próximo à velocidade da luz.

Mas pensar em algo como "pedaços de tempo" com existência própria complica tudo muito mais: Seria o "paradoxo dos gêmeos quânticos". Um único relógio pode experimentar dois tempos diferentes em uma superposição quântica, e se tornar simultaneamente mais jovem e mais velho - pelo menos até você olhar as horas e então o tempo lhe mostrar se seu cabelo continua preto ou está grisalho.

"O tempo desempenha papéis muito diferentes na teoria quântica e na relatividade," comentou o professor Igor Pikovski. "O que mostramos é que a união desses dois conceitos pode revelar assinaturas quânticas ocultas do fluxo temporal que não podem mais ser descritas pela física clássica."

São efeitos muito sutis, que até agora se acreditava estarem longe do alcance experimental. Contudo, o novo estudo teórico da equipe demonstra que os relógios atômicos já são capazes de realizar essa tarefa.

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Ilustração do entrelaçamento induzido pela dilatação do tempo entre os graus de liberdade do relógio e do movimento, e como ele pode ser observado usando relógios atômicos usando a compressão dos estados de movimento.
[Imagem: Gabriel Sorci et al. - 10.1103/qhj9-pc2b]

Tempo quântico

Ao estudar a interação do tempo relativístico e dos efeitos quânticos nos relógios atômicos, os pesquisadores descobriram que, combinando a tecnologia dos relógios atômicos com técnicas de informação desenvolvidas para computação quântica - ambos funcionam com base em íons aprisionados - torna-se possível observar comportamentos quânticos do tempo únicas e nunca detectadas.

"Os relógios atômicos são agora tão sensíveis que conseguem detectar pequenas diferenças de tempo causadas apenas pelas vibrações térmicas a temperaturas minúsculas," comentou Gabriel Sorci, membro da equipe. "Mas, mesmo na temperatura do zero absoluto, o estado fundamental, a taxa de oscilação ainda será afetada apenas pelas flutuações quânticas."

A mágica está no fato de que, em vez de apenas resfriar os átomos, como se faz hoje, é possível manipular o próprio vácuo, criando os chamados estados comprimidos, nos quais a posição e a velocidade do relógio apresentam um comportamento quântico sutil no qual um deles é amplificado, permitindo a medição - estes são os mesmos estados recentemente propostos para medir se a gravidade obedece à mecânica quântica.

O resultado é uma nova manifestação do tempo relativístico no regime quântico, onde surgem superposições e entrelaçamento temporal: Um único relógio poderá medir como ele próprio marca o tempo mais rápido e mais devagar simultaneamente, e se entrelaçar com o movimento comprimido. A equipe agora pretende demonstrar os efeitos em laboratório usando relógios atômicos de íons aprisionados.

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