Quebrar um copo é fácil; vê-lo se recompor sozinho é impossível. O gelo derrete, mas não volta espontaneamente ao estado sólido. O tempo, ao menos na nossa experiência cotidiana, parece seguir sempre uma única direção. No mundo quântico, porém, as regras são bem menos intuitivas. Um estudo publicado na revista Physical Review X mostra que determinados sistemas podem ser controlados de modo a se comportarem como se a chamada “seta do tempo” estivesse invertida. Mais surpreendente ainda, os pesquisadores sugerem que as próprias medições quânticas podem funcionar como uma fonte de energia, uma ideia que pode influenciar futuras tecnologias de computação e armazenamento energético.
O que significa inverter a seta do tempo?
A expressão pode dar a impressão de que os cientistas encontraram uma maneira de viajar para o passado, mas não é isso que acontece.
Na física, a “seta do tempo” descreve a direção preferencial em que os fenômenos naturais evoluem. Esse conceito está ligado principalmente ao aumento da entropia, medida associada ao grau de desordem de um sistema, e à troca de informação entre suas diferentes partes.
No mundo macroscópico, praticamente todos os processos são irreversíveis. Um objeto quebrado não se reconstrói sozinho e a fumaça não retorna à chaminé.
Já na escala atômica, muitas das equações fundamentais da física funcionam igualmente bem tanto para a evolução no tempo quanto para sua reversão. A irreversibilidade surge principalmente quando ocorre uma medição quântica, já que o simples ato de observar um sistema altera inevitavelmente seu estado.
Foi justamente essa característica que os pesquisadores decidiram explorar.
O segredo está no controle das medições
A equipe desenvolveu um protocolo baseado em medições contínuas combinadas com um sistema de retroalimentação extremamente rápido.
Sempre que o estado de um conjunto de qubits — as unidades básicas de informação da computação quântica — é medido, o sistema responde quase instantaneamente com uma ação cuidadosamente calculada.
O elemento central desse mecanismo é um chamado Hamiltoniano de controle, uma sequência de campos e pulsos projetada para reproduzir e manipular os efeitos provocados pelas medições.
Em vez de apenas compensar as perturbações causadas pela observação, o sistema pode reforçá-las ou direcioná-las de maneira controlada.
Como resultado, a evolução dos qubits passa a seguir trajetórias que se comportam como se a seta do tempo estivesse apontando na direção oposta.
Os autores ressaltam, porém, que isso não altera o fluxo do tempo no universo nem permite modificar acontecimentos passados. O fenômeno ocorre apenas em sistemas quânticos extremamente controlados.
O retorno do famoso Demônio de Maxwell
O estudo também resgata um dos experimentos mentais mais conhecidos da história da física: o Demônio de Maxwell.
Proposto em 1867 pelo físico escocês James Clerk Maxwell, o experimento imaginava uma pequena entidade capaz de separar moléculas rápidas e lentas usando uma porta microscópica, aparentemente reduzindo a entropia sem gastar energia.
Décadas depois, os cientistas mostraram que essa aparente violação da segunda lei da termodinâmica desaparece quando se leva em conta o custo físico de adquirir, armazenar e processar informação.
Na nova pesquisa, a ideia reaparece em versão quântica.
Em vez de selecionar partículas conforme sua velocidade, o sistema utiliza as informações obtidas durante as medições para decidir automaticamente qual será a próxima intervenção sobre os qubits, guiando sua evolução por caminhos que normalmente não ocorreriam.
Medir também pode gerar energia
Talvez a descoberta mais surpreendente do trabalho esteja relacionada ao papel das medições.
Tradicionalmente, observar um sistema quântico sempre foi visto como uma fonte inevitável de perturbação. Os pesquisadores agora propõem enxergar esse processo como um recurso termodinâmico.
Segundo o estudo, a informação obtida durante as medições pode ser utilizada para realizar trabalho útil.
Dessa ideia nasce o conceito de um motor de medição contínua. Diferentemente de uma máquina convencional, alimentada por calor ou combustível, esse dispositivo utilizaria as próprias informações coletadas nas observações para redirecionar parte da energia do sistema.
No futuro, essa energia poderia ser empregada para alimentar operações em computadores quânticos ou até carregar baterias baseadas em fenômenos quânticos.
Um avanço que pode impulsionar novas tecnologias
Por enquanto, toda a proposta permanece no campo teórico. O próximo objetivo da equipe é validar os protocolos utilizando qubits supercondutores, uma das plataformas mais promissoras da computação quântica atual por oferecer tempos de resposta extremamente rápidos e alta eficiência nas medições.
Se os experimentos confirmarem as previsões, o estudo poderá representar um avanço importante para áreas como computação quântica, sensores de altíssima precisão e novas formas de armazenamento de energia.
A pesquisa não muda nossa experiência cotidiana do tempo nem abre caminho para viagens temporais. Sua principal contribuição é mostrar que, no universo quântico, o fluxo temporal pode ser controlado de maneiras muito mais sofisticadas do que se imaginava. E talvez a ideia mais fascinante seja justamente esta: em certas condições, simplesmente observar um sistema pode deixar de ser um ato passivo e se transformar em uma nova fonte de energia para as tecnologias do futuro.
[ Fonte: Muy Interesante ]
