O tempo é controlado: Experimentos vão rumo ao passado ou ao futuro

 Rumo ao futuro. Agora de volta ao passado, por favor.

Você já deve estar acostumado com os estranhos comportamentos do tempo no reino da mecânica quântica, como a reversão do tempo: O tempo não anda para trás em nosso cotidiano, mas a simetria temporal garante que não há algo como uma seta do tempo inexoravelmente indo do passado para o futuro quando chegamos às dimensões atômicas. 

Será que existe uma fronteira onde o tempo começa a não fluir para o futuro? Talvez, mas há também quem aposte que o tempo vai e vem. [Imagem: Initiative for Theoretical Sciences/CUNY]

Agora, um trio de físicos do Laboratório Nacional Los Alamos, nos EUA, desenvolveu protocolos de controle para experimentos quânticos que geram processos mais consistentes com o tempo fluindo para trás, para o passado, do que para frente, rumo ao futuro.

Os protocolos - técnicas para controlar sistemas formados por partículas subatômicas - modificam a flecha do tempo de um sistema quântico, esticando, desfocando e até mesmo revertendo o conceito do tempo se movendo em uma única direção.

É uma curiosidade científica e filosófica e tanto, mas o trabalho também abre possibilidades para a extração de energia de sistemas regidos pela mecânica quântica - sim, é isso mesmo, as baterias quânticas poderão ser recarregadas fazendo o tempo andar para trás.

Além de desafiar a termodinâmica, o Demônio de Maxwell reduz erros dos computadores quânticos. Controlá-lo será um grande ganho. [Imagem: Mark A. I. Johnson et al. - 10.1103/PhysRevX.12.041008]

Ajustes na seta do tempo

Um sistema quântico - pense em uma fileira de qubits em um computador quântico, por exemplo - é regido pelas leis da mecânica quântica. Os protocolos de controle criados pela equipe podem ser ajustados para impedir o surgimento da flecha do tempo em um sistema desses ou até mesmo inverter sua direção, isto é, fazer com que o tempo pareça fluir para o passado.

Para comprovar a possibilidade de uso prático dos seus controles, a equipe utilizou os protocolos para projetar um mecanismo de medição que extrai energia das próprias medições realizadas no sistema. Ao contrário da física clássica, onde medir alguma coisa tem pouca influência sobre o fenômeno observado, na física quântica as medições alteram o estado do sistema, induzindo uma flecha do tempo. 

A equipe projetou uma sequência de campos e pulsos que é capaz de emular os efeitos das medições. Usando esse dispositivo em um processo retroalimentado, torna-se possível cancelar, amplificar ou sobrecompensar as perturbações induzidas pelas medições, gerando novas trajetórias das sequências de eventos. 

São essas trajetórias, com suas sequências totalmente anômalas, que são consistentes com setas do tempo esticadas, borradas ou até mesmo invertidas. 

Baterias e demônios quânticos

Essa capacidade de modificar o fluxo de energia que entra e sai de um sistema quântico poderá ser útil em termos práticos, incluindo alimentar um mecanismo de medição contínua. Em outras palavras, o mecanismo irá extrair energia do próprio processo de medição.

As medições quânticas, portanto, podem funcionar como um recurso termodinâmico do qual se pode extrair energia - por exemplo, para impulsionar outro processo ou armazenar essa energia em uma bateria quântica.

A equipe pretende agora fazer uma demonstração experimental do uso dos seus controles usando qubits supercondutores, eventualmente criando uma plataforma que permita uma retroalimentação rápida e de alta eficiência. Sabe o que isso significa? Que essencialmente passará a ser possível controlar um demônio de Maxwell, aquele carinha estranho que adora brincar com as leis da termodinâmica.

Inovação Tecnológica