Buraco de minhoca é simulado em computador quântico e "teleporta" informações

Pesquisadores criaram uma simulação em um computador quântico e observaram a formação de um buraco de minhoca minúsculo. O resultado empolgante pode não apenas possibilitar viagens interestelares em um futuro distante, como também ajudar cientistas a finalmente encontrar a Teoria de Tudo.

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Buracos de minhoca são atalhos ainda hipotéticos entre pontos do espaço-tempo, que podem estar localizados em qualquer lugar do universo. Através dessas pontes, poderíamos percorrer a distância que separa os pontos em apenas alguns minutos ou segundos.

De acordo com a Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein, os buracos de minhoca podem existir, de fato. Entretanto, o mais perto que chegamos deles foi por meio de cálculos matemáticos — e em nossa imaginação. A ficção científica é um ótimo meio de explorar a ideia de um buraco de minhoca de modo visual, e um exemplo disso é o filme Interestelar , do diretor Christopher Nolan. Na história, os viajantes espaciais usam um buraco de minhoca localizado nas proximidades de Saturno para visitar os planetas ao redor do buraco negro Gargantua, em outra galáxia.

Buraco de minhoca quântico

A equipe começou desenvolveu um sistema quântico usando um modelo teórico conhecido como Sachdev–Ye–Kitaev (SYK). Ao envolvê-lo com outro sistema SYK, eles obtiveram um modelo capaz de preservar as propriedades gravitacionais.

Esse modelo foi então reduzido a uma forma simplificada com aprendizado de máquina e, em seguida, o aplicaram no processador quântico Sycamore do Google. Eles introduziram um qubit (equivalente a um bit na computação quântica) a um dos SYKs e observaram as informações surgirem no outro SYK. É como se os dados deste qubit se teletransportassem.

Maria Spiropulu, pesquisadora do Departamento de Energia do Departamento de Ciências dos EUA, disse que a equipe encontrou um sistema quântico que exibe as principais propriedades de um buraco de minhoca gravitacional, mas é suficientemente pequeno para ser implementado no hardware quântico de hoje”.

Para a equipe, a pesquisa é “um passo em direção a um programa maior de teste da física da gravidade quântica usando um computador quântico”.

Por que procurar um buraco de minhoca?

Embora buracos de minhoca pareçam existentes apenas na ficção, os cientistas buscam na teoria e em experimentos um modo de criá-los ou, pelo menos, mostrar que a existência deles é possível.

Um dos principais motivos disso é que, assim como buracos negros, os buracos de minhoca talvez possam revelar o segredo da gravidade quântica. Isso porque, em ambos os tipos de “buracos”, deve haver um elemento fundamental tanto para a gravidade em grande escala, quanto para a gravidade quântica.

A Relatividade Geral é a melhor descrição que temos do universo em grande escala (governado por objetos massivos), enquanto a mecânica quântica é a melhor descrição do universo das partículas. Entretanto, ambos são incompatíveis, pois não há evidências de uma partícula responsável pela gravidade.

Muitos cientistas teorizam que dentro de buracos negros existe algo chamado singularidade, um objeto menor que as partículas conhecidas, que contém uma enorme quantidade de massa — os números tendem ao infinito. Se algo tão pequeno possui tanta massa e exerce tanta gravidade, pode ser que ali esteja escondido o segredo da gravidade quântica.

Teletransporte quântico

Em 2013, pesquisadores propuseram que buracos de minhoca poderiam estar relacionados a um fenômeno quântico conhecido como “emaranhamento”. Trata-se do comportamento de partículas “gêmeas” que, mesmo afastadas por milhares de anos-luz, compartilham a mesma informação. Altere uma dessas partículas e observe a mesma mudança ocorrer na outra.

Ao relacionar o emaranhamento com buracos de minhoca, os cientistas se aproximaram da ideia de um teletransporte quântico. Foi essa a estratégia usada pela equipe da nova simulação, e o resultado do experimento — a transferência de informação de um SYK para outro — foi exatamente o que se esperava que acontecesse.

Em outras palavras, a informação "viajou" de um sistema quântico e surgiu em outro via "teletransporte" quântico. Se interpretarmos isso na linguagem da relatividade geral, isso é como uma travessia em um buraco de minhoca, ainda que em proporções minúsculas.

Controvérsias

Isso não significa que veremos naves espaciais viajando por buracos de minhoca. Ainda falta muito trabalho para reproduzir o experimento de modo observacional (se é que isso será possível algum dia), e não apenas em uma simulação computacional. Esse estudo não passa disso: um modelo de buraco de minhoca 2D simulado usando a matemática.

De certo modo, a Teoria da Relatividade Geral é bastante permissiva nesse sentido, por isso não é exatamente uma surpresa que a simulação tenha funcionado. Por outro lado, foi a primeira vez que cientistas usaram essa técnica e ela pode ser utilizada no futuro para estudos cada vez mais complexos.

O assunto repercutiu nas redes sociais e os pesquisadores divergem sobre as implicações do experimento, ainda que os próprios autores sejam cuidadosos ao explicar que se trata de um modelo 2D que não faz parte do mesmo tecido espaço-tempo em que vivemos.

Na simulação, eles recorreram a um espaço-tempo Anti-de Sitter (AdS, sigla em inglês), uma solução para as equações de Einstein proposta pela Teoria das Cordas, usando uma constante cosmológica negativa.

Um buraco de minhoca na realidade em que aparentemente vivemos exige um tipo hipotético de matéria negativa com gravidade repulsiva (conhecida como matéria exótica), ainda não encontrada nem produzida. Sem esse "detalhe", o buraco de minhoca não funciona, nem mesmo nesta simulação.

A pesquisa foi publicada em 1º de dezembro na revista Nature.

Fonte: Caltech