No mundo quântico, o futuro afeta o passado
As predições tradicionais (esquerda) ficam no 50-50, enquanto nas "previsões anômalas", ou retrodições, (à direita) o acerto é de 9 para 1. [Imagem: D. Tan et al. (2015)]
O futuro afeta o passado
É muito comum usar dados do passado, as chamadas séries temporais, para prever o futuro. Mas, no mundo quântico, o futuro pode prever o passado com muito mais precisão.
No mundo quântico, o futuro afeta o passado
Com informações da Universidade de Washington - 24/02/2015
Em uma espécie de jogo de adivinhação jogado com um qubit supercondutor, físicos da Universidade de Washington, nos Estados Unidos, descobriram uma maneira de aumentar muito as chances de adivinhar corretamente o estado de um sistema de dois estados - algo como acertar caras e coroas ao jogar uma moeda.
Combinando informações sobre a evolução do qubit depois de um tempo determinado, com informações sobre a sua evolução até aquele momento, a equipe conseguiu aumentar as chances de acerto dos tradicionais 50-50 para 90-10.
Mesmo se você souber tudo o que a mecânica quântica pode dizer sobre uma partícula quântica, explica o professor Kater Murch, você não pode prever com certeza o resultado de um experimento simples para medir o estado dessa partícula. Tudo o que a mecânica quântica pode nos oferecer são probabilidades estatísticas para os possíveis resultados.
Neste experimento, contudo, é como se o que fizemos hoje mudasse o que fizemos ontem. E, como esta analogia sugere, este resultado experimental tem implicações assustadoras sobre o nosso conceito de tempo e de causalidade - pelo menos no mundo microscópico onde a mecânica quântica se aplica.
No mundo quântico, o futuro afeta o passado
Vários experimentos, dos mais diversos tipos, têm questionado a noção tradicional de causa e efeito. [Imagem: IQOQI/Vienna]
Adivinhação quântica
O dispositivo usado no experimento é um circuito supercondutor simples - um qubit - que passa a obedecer as regras do mundo quântico quando é resfriado até perto do zero absoluto. A equipe usou dois níveis de energia desse qubit - o estado fundamental e um estado excitado - como modelo do sistema quântico. Entre estes dois estados, há um número infinito de estados quânticos que são superposições, ou combinações, dos estados fundamental e excitado.
O estado quântico do circuito é detectado colocando-o dentro de uma caixa de micro-ondas. Uns poucos fótons de micro-ondas são enviados para a caixa, onde os seus campos interagem com o circuito supercondutor. Então, quando os fótons saem da caixa, eles possuem informações sobre o sistema quântico.
Essas "medições fracas" não perturbam o qubit, ao contrário das "medições fortes", feitas com fótons que são ressonantes com a diferença de energia entre os dois estados, que fazem o circuito colapsar em um ou outro estado.
É algo como um jogo de adivinhação quântica, no qual os estados do qubit fazem as vezes da cara e coroa de uma moeda.
Previsão retrospectiva
"Nós começamos cada rodada colocando o qubit em uma superposição dos dois estados," explica Murch. "Então nós fazemos uma medição forte, mas escondemos o resultado, e continuamos monitorando o sistema com medições fracas. Calculando para a frente, usando a equação de Born que expressa a probabilidade de encontrar o sistema em um estado particular, suas chances de acertar são apenas de 50-50."
"Mas você também pode calcular para trás usando algo chamado matriz de efeito. Basta pegar todas as equações e invertê-las. Elas ainda funcionam e você pode simplesmente rastrear a trajetória rumo ao passado.
No mundo quântico, o futuro afeta o passado
Os físicos têm debatido intensamente se o futuro pode afetar o passado se o tempo é real ou é uma ilusão e até mesmo se o futuro do Universo pode estar influenciando o presente.
"Portanto, há uma trajetória indo em um curso para trás e uma trajetória indo para a frente, e, se olharmos as duas juntas e pesarmos a informação em ambas igualmente, temos algo que chamamos de uma previsão retrospectiva, ou 'retrodição'," diz Murch.
O espantoso sobre essa espantosa "retrodição" é que ela tem uma precisão de 90%. Quando a equipe tenta prever o resultado da medição forte que feita inicialmente e armazenada, o cálculo acerta nove vezes em cada 10 tentativas.
Em outras palavras, diz Murch, o futuro prevê o passado no mundo quântico.
Flecha do tempo e causalidade
Isto tem implicações para problemas muito profundos da física e da interpretação da realidade, incluindo a tradicional "lei de causa e efeito".
O resultado sugere, por exemplo, que, no mundo quântico o tempo roda tanto para trás quanto para a frente, enquanto que, no mundo clássico em que interagimos, o tempo parece só correr para a frente.
"Não está claro por que no mundo real, o mundo constituído por muitas partículas, o tempo só vai para a frente e a entropia sempre aumenta," disse Murch. "Mas muitas pessoas estão trabalhando nesse problema e eu espero que isso seja resolvido em poucos anos".
No princípio era o tempo
Bibliografia:Prediction and retrodiction for a continuously monitored superconducting qubit
D. Tan, S. J. Weber, I. Siddiqi, Klaus Molmer, Kater W. Murch
Physical Review Letters
Vol.: Accepted paper
http://arxiv.org/abs/1409.0510
Discórdia quântica
A "discórdia quântica" é um conceito que se aplica a toda e qualquer correlação entre partículas ou conjuntos de partículas que esteja em desacordo com as leis da física clássica - daí a palavra "discórdia".
O conceito, considerado uma medida global das correlações quânticas, desempenha papel importante em alguns processos de trocas de informação, o que a torna de interesse para os desenvolvimentos em sistemas de trocas de dados e computação quântica.
"Antes do conceito de 'discórdia', as correlações quânticas eram pensadas apenas em termos de 'emaranhamento'. Depois compreendeu-se que outros tipos de correlações, mais fracas, também são possíveis", explicou Fanchini.
O "emaranhamento" - ou entrelaçamento - ocorre quando pares ou grupos de partículas são gerados ou interagem de tal maneira que o estado quântico de cada partícula não pode ser descrito independentemente do estado quântico da outra ou das outras, por mais distantes que estas se encontrem.
Tudo quântico
Dentre as aplicações práticas relacionadas com a "discórdia" quântica, pode-se citar, por exemplo, a comunicação quântica, a criptografia quântica e, em especial, a metrologia quântica, que explora as leis da mecânica quântica a fim de melhorar a precisão na estimativa de parâmetros tecnologicamente relevantes, tais como fase, frequência ou campos magnéticos.
"Devido às dificuldades matemáticas, existem somente alguns resultados para a expressão analítica da 'discórdia quântica', e apenas para estados muito especiais a solução exata é conhecida", afirmou Fanchini. "A metodologia que utilizamos configura uma nova estratégia para obtenção de soluções analíticas, inclusive para sistemas mais complexos."
