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Reverter causa e efeito não será problema para computadores quânticos

Reverter causa e efeito não será problema para computadores quânticos
Computadores quânticos não terão problema em interpretar filmes ao contrário ou entender causas partindo dos efeitos. [Imagem: Aki Honda/Centre for Quantum Technologies/NUS]

Assimetria causal

Um computador quântico é menos dependente da seta do tempo do que um computador clássico.

Assista um filme de trás para a frente e você provavelmente vai ficar confuso - mas um computador quântico não ficaria. Em alguns casos, é como se o computador quântico não precisasse distinguir entre causa e efeito.

Já se sabia que a causalidade quântica questiona a sequência clássica de causa e efeito. Mas no mundo clássico tudo parecia correr como sempre se presumiu.

Por exemplo, há cerca de dez anos, James Crutchfield e John Mahoney (Universidade da Califórnia em Davis) demonstraram matematicamente que muitas sequências de dados estatísticos têm "embutida" uma seta do tempo. Um observador que vê os dados reproduzidos do começo ao fim, como os quadros de um filme, pode modelar o que virá a seguir usando uma quantidade modesta de memória sobre o que ocorreu antes. Já um observador que tentar modelar o sistema em sentido inverso terá uma tarefa muito mais difícil - potencialmente precisando rastrear ordens de magnitude mais informações. Essa demonstração passou a ser conhecida como "assimetria causal" e parece bastante intuitiva.

Assimetria quântica

No entanto, as leis fundamentais da física são ambivalentes sobre se o tempo só se move para frente ou se também poderia fluir para trás.

Por isso, vários pesquisadores têm procurado assimetrias ligadas à organização do tempo, mas eles vinham fazendo isto usando modelos nos quais a física clássica é usada para gerar as previsões.

Agora, Jayne Thompson e seus colegas da Universidade Nacional de Cingapura, em colaboração com os dois descobridores do mecanismo da assimetria causal, se dispuseram a descobrir se a mecânica quântica mudaria a situação.

E eles descobriram que sim.

Os modelos que usam a física quântica podem de fato mitigar completamente a sobrecarga de memória necessária para alguém tentando entender um filme de trás para frente. Assim, um modelo quântico forçado a emular o processo com o tempo reverso sempre superará um modelo clássico modelando o processo com o tempo avançando para o futuro, demonstrou a equipe.

Reverter causa e efeito não será problema para computadores quânticos
No mundo quântico, o futuro afeta o passado - ou será que o tempo é uma ilusão? [Imagem: Cortesia Shutterstock/Sam72]

Universo quântico

Isto tem algumas implicações profundas, tanto teóricas quanto práticas.

"A coisa mais excitante para nós é a possível conexão com a seta do tempo," disse Thompson. "Se a assimetria causal for encontrada apenas nos modelos clássicos, isso sugere que nossa percepção de causa e efeito, e, portanto, o tempo, pode emergir forçando uma explicação clássica sobre eventos em um mundo fundamentalmente quântico."

Os resultados também podem ter valor prático. Eliminar a sobrecarga clássica para reverter causa e efeito poderia ajudar nas simulações quânticas - e os simuladores quânticos estão se revelando serem os precursores naturais dos computadores quânticos.

"Tal como se rodássemos um filme em tempo reverso, algumas vezes podemos ser obrigados a tentar compreender coisas que são apresentadas em uma ordem que é intrinsecamente difícil de modelar. Nesses casos, os métodos quânticos podem ser muito mais eficientes do que os clássicos," disse o professor Mile Gu.

Seta termodinâmica

E a equipe quer entender também como seus resultados se conectam a outras ideias do tempo.

A mais icônica delas é a famosa "seta termodinâmica", que vem da ideia de que a desordem, ou entropia, sempre aumentará, eventualmente levando o Universo a se tornar um grande e imenso vazio.

Embora a assimetria causal não seja o mesmo que a flecha termodinâmica do tempo, elas podem eventualmente estar interrelacionadas - modelos clássicos que rastreiam mais informações também geram mais desordem.

"Isso sugere que a assimetria causal pode ter consequências entrópicas," disse Jayne Thompson.

Bibliografia:

Causal asymmetry in a quantum world
Jayne Thompson, Andrew J. P. Garner, John R. Mahoney, James P. Crutchfield, Vlatko Vedral, Mile Gu
Physical Review X
Vol.: 8, 031013
DOI: 10.1103/PhysRevX.8.031013




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