A máquina quântica que pode revelar o destino do universo

Físicos deram um passo revolucionário na compreensão da estabilidade do universo ao usar uma máquina quântica para simular a decadência do falso vácuo. Esse fenômeno, previsto pela teoria quântica de campos, sugere que o cosmos pode estar em um estado instável que eventualmente colapsaria em um vácuo verdadeiro, resultando em mudanças radicais nas leis fundamentais da física.

O estudo, realizado por pesquisadores da Universidade de Leeds, Forschungszentrum Jülich e do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA), oferece uma nova perspectiva sobre esse enigma cósmico.

O Conceito de Falso Vácuo

Desde os anos 1970, teóricos propõem que nosso universo pode estar em um falso vácuo, um estado que parece estável, mas que poderia sofrer uma transição para um verdadeiro vácuo. Essa mudança, embora extremamente improvável no curto prazo, teria implicações cataclísmicas, potencialmente alterando as constantes fundamentais do universo e reconfigurando a estrutura da realidade.

A incerteza sobre quando e como essa transição pode ocorrer desafia os cientistas há décadas. Embora os cálculos sugiram que esse evento aconteceria ao longo de escalas astronômicas de tempo, a nova pesquisa traz novas ferramentas para testar essa teoria usando a computação quântica.

A Máquina Quântica e a Simulação do Decaimento do Falso Vácuo

A equipe de cientistas utilizou um quantum annealer da D-Wave Quantum Inc., um supercomputador quântico composto por 5.564 qubits, projetado para resolver problemas complexos de otimização e modelagem. Esse sistema permitiu a simulação da formação e interação de bolhas dentro de um falso vácuo, um processo fundamental para compreender como a transição para o verdadeiro vácuo poderia ocorrer.

As bolhas de verdadeiro vácuo simuladas pelo annealer quântico foram comparadas às bolhas que se formam quando um líquido superaquecido começa a ferver. A pesquisa mostrou que a interação entre essas bolhas não é isolada, mas sim um fenômeno coletivo, onde bolhas menores afetam o crescimento e a fusão de bolhas maiores. Isso fornece insights valiosos sobre como o decaimento do falso vácuo poderia se desenrolar em escala cósmica.

Resultados e Implicações para a Cosmologia

O estudo revelou três descobertas principais:

1. A formação de bolhas de verdadeiro vácuo foi observada, reproduzindo previsões teóricas.
2. A interação entre essas bolhas mostrou ser mais complexa do que se pensava, com efeitos coletivos moldando a transição.
3. O experimento oferece uma nova maneira de investigar processos fundamentais que podem ter ocorrido logo após o Big Bang.

Embora a pesquisa não prove que o universo esteja prestes a colapsar para um verdadeiro vácuo, ela representa um avanço significativo na capacidade dos cientistas de testar teorias quânticas usando simulações experimentais.

Computação Quântica e o Futuro da Física Fundamental

Além das implicações para a cosmologia, o estudo destaca o potencial da computação quântica para resolver problemas que seriam impossíveis de modelar com computadores tradicionais. Os pesquisadores sugerem que essa abordagem pode ser aplicada para investigar uma ampla gama de fenômenos físicos, incluindo transições de fase quânticas e comportamento de partículas em escalas subatômicas.

Dr. Jaka Vodeb, do Forschungszentrum Jülich e coautor do estudo, afirma: “Ao alavancar as capacidades do quantum annealer, conseguimos abrir novas portas para o estudo de sistemas quânticos não equilibrados e transições de fase.”

A simulação quântica do decaimento do falso vácuo é um marco importante na física teórica, trazendo a possibilidade de realizar experimentos práticos para entender processos cósmicos fundamentais. Embora o destino final do universo permaneça uma questão aberta, essa pesquisa nos aproxima da resposta e demonstra o imenso potencial da computação quântica para resolver alguns dos mistérios mais profundos da física.

À medida que novas tecnologias quânticas emergem, a ciência se aproxima cada vez mais da capacidade de explorar a estrutura do universo com um nível de detalhe sem precedentes, abrindo caminho para futuras descobertas que podem revolucionar nossa compreensão da realidade.