Os eventos de menor escala têm consequências gigantescas. E nenhum campo da ciência demonstra isso melhor do que a física quântica, que explora os comportamentos estranhos - principalmente - de coisas muito pequenas. Em 2019, os experimentos quânticos foram para lugares novos e ainda mais estranhos, e a computação quântica prática se aproximava cada vez mais da realidade, apesar de algumas controvérsias. Estes foram os eventos quânticos mais importantes e surpreendentes de 2019.
Google alega "supremacia quântica"
Se uma notícia quântica de 2019 entrar nos livros de história, provavelmente será um grande anúncio do Google: a empresa de tecnologia anunciou que havia alcançado a "supremacia quântica". É uma maneira elegante de dizer que o Google construiu um computador que pode executar determinadas tarefas mais rapidamente do que qualquer computador clássico. (A categoria de computadores clássicos inclui qualquer máquina que dependa de 1s e 0s antigos comuns, como o dispositivo que você está usando para ler este artigo.)
A alegação de supremacia quântica do Google, se confirmada, marcaria um ponto de inflexão na história da computação. Os computadores quânticos dependem de estranhos efeitos físicos de pequena escala, como o entrelaçamento, bem como de certas incertezas básicas no nano-universo, para realizar seus cálculos. Em teoria, essa qualidade oferece a essas máquinas certas vantagens sobre os computadores clássicos. Eles podem facilmente quebrar os esquemas de criptografia clássicos, enviar mensagens perfeitamente criptografadas, executar algumas simulações mais rapidamente do que os computadores clássicos e geralmente resolver problemas difíceis com muita facilidade. A dificuldade é que ninguém jamais criou um computador quântico rápido o suficiente para tirar proveito dessas vantagens teóricas - ou pelo menos ninguém tinha, até o feito do Google este ano.
Nem todo mundo compra a alegação de supremacia da empresa de tecnologia. Subhash Kak, um cético quântico e pesquisador da Oklahoma State University, expôs várias das razões deste artigo para a Live Science.
Leia mais sobre a conquista da supremacia quântica do Google.
O quilograma vai quântico
Outro ponto de inflexão quântica de 2019 veio do mundo dos pesos e medidas. O quilograma padrão, o objeto físico que definia a unidade de massa para todas as medições, era um cilindro de platina-irídio com 130 anos e pesando 2,2 kg. e sentado em uma sala na França. Isso mudou este ano.
O quilo velho era muito bom, mal mudando a massa ao longo das décadas. Mas o novo quilo é perfeito: com base na relação fundamental entre massa e energia, além de uma peculiaridade no comportamento da energia em escalas quânticas, os físicos foram capazes de chegar a uma definição do quilograma que não mudará entre este ano e o fim do universo.
Leia mais sobre o quilograma perfeito.
A realidade quebrou um pouco
Uma equipe de físicos projetou um experimento quântico que mostrou que os fatos realmente mudam dependendo da sua perspectiva sobre a situação. Os físicos realizaram uma espécie de "sorteio" usando fótons em um minúsculo computador quântico, descobrindo que os resultados eram diferentes em diferentes detectores, dependendo de suas perspectivas.
"Mostramos que, no micro-mundo de átomos e partículas que é governado pelas estranhas regras da mecânica quântica, dois observadores diferentes têm direito a seus próprios fatos", escreveram os experimentalistas em um artigo para a Live Science. "Em outras palavras, de acordo com nossa melhor teoria sobre os blocos de construção da própria natureza, os fatos podem ser realmente subjetivos".
Leia mais sobre a falta de realidade objetiva.
Emaranhamento tem seu tiro glamour
Pela primeira vez, os físicos fizeram uma fotografia do fenômeno que Albert Einstein descreveu como "ação assustadora à distância", na qual duas partículas permanecem fisicamente ligadas, apesar de separadas por distâncias. Essa característica do mundo quântico havia sido verificada experimentalmente, mas foi a primeira vez que alguém a viu.
Leia mais sobre a imagem inesquecível do emaranhado.
Algo grande foi em várias direções
De certa forma, o oposto conceitual do emaranhamento, a superposição quântica, permite que um único objeto esteja em dois (ou mais) lugares ao mesmo tempo, uma consequência da matéria existente como partículas e ondas. Normalmente, isso é conseguido com pequenas partículas como elétrons.
Mas, em um experimento de 2019, os físicos conseguiram realizar a superposição na maior escala de todos os tempos: usando moléculas pesadas de 2.000 átomos do mundo da ciência médica conhecidas como "oligo-tetrafenilporfirinas enriquecidas com cadeias de fluoroalquilsulfanil".
Leia sobre a conquista em macro-escala de superposição.
Calor atravessou o vácuo
Em circunstâncias normais, o calor pode atravessar o vácuo de apenas uma maneira: na forma de radiação. (É o que você sente quando os raios do sol atravessam o espaço para bater em seu rosto em um dia de verão.) Caso contrário, em modelos físicos comuns, o calor se move de duas maneiras: primeiro, as partículas energizadas podem bater em outras e transferir sua energia. . (Coloque as mãos em torno de uma xícara de chá quente para sentir esse efeito.) Segundo, um líquido quente pode deslocar um líquido mais frio. (É o que acontece quando você liga o aquecedor no carro, inundando o interior com ar quente.) Portanto, sem radiação, o calor não pode atravessar o vácuo.
Mas a física quântica, como sempre, quebra as regras. Em um experimento de 2019, os físicos aproveitaram o fato de que, na escala quântica, os vazios não são verdadeiramente vazios. Em vez disso, estão cheias de pequenas flutuações aleatórias que surgem e desaparecem. Em uma escala pequena o suficiente, os pesquisadores descobriram, o calor pode atravessar um vácuo, saltando de uma flutuação para a outra através do espaço aparentemente vazio.
Leia mais sobre o calor pulando no vácuo quântico do espaço.
Causa e efeito podem ter retrocedido
Esta próxima descoberta está longe de ser uma descoberta experimentalmente verificada e está bem fora do domínio da física quântica tradicional. Mas os pesquisadores que trabalham com a gravidade quântica - uma construção teórica projetada para unificar o mundo da mecânica quântica e a relatividade geral de Einstein - mostraram que, em certas circunstâncias, um evento pode causar um efeito que ocorreu mais cedo.
Certos objetos muito pesados podem influenciar o fluxo do tempo em sua vizinhança imediata devido à relatividade geral. Sabemos que isso é verdade. E a superposição quântica determina que os objetos podem estar em vários lugares ao mesmo tempo. Coloque um objeto muito pesado (como um grande planeta) em um estado de superposição quântica, escreveram os pesquisadores, e você pode criar cenários estranhos em que causa e efeito ocorram na ordem errada.
Leia mais sobre a reversão de causa e efeito.
Túnel quântico rachado
Os físicos há muito sabem sobre um efeito estranho conhecido como "tunelamento quântico", no qual partículas parecem passar por barreiras aparentemente intransponíveis. Não é porque eles são tão pequenos que encontram buracos. Em 2019, um experimento mostrou como isso realmente acontece.
A física quântica diz que as partículas também são ondas, e você pode pensar nessas ondas como projeções de probabilidade para a localização da partícula. Mas ainda são ondas. Esmague uma onda contra uma barreira no oceano e ela perderá energia, mas uma onda menor aparecerá do outro lado. Um efeito semelhante ocorre no mundo quântico, descobriram os pesquisadores. E enquanto houver um pouco de probabilidade de onda no lado oposto da barreira, a partícula tem a chance de atravessar a obstrução, escavando um túnel através de um espaço onde parece que não deveria se encaixar.
Leia mais sobre o incrível efeito de tunelamento quântico.
Hidrogênio metálico pode ter aparecido na Terra
Foi um grande ano para a física de pressão ultra-alta. E uma das reivindicações mais ousadas veio de um laboratório francês, que anunciou que havia criado uma substância do Santo Graal para a ciência dos materiais: hidrogênio metálico. Sob pressões suficientemente altas, como as que se pensa existir no núcleo de Júpiter, acredita-se que os átomos de hidrogênio de próton único agem como um metal alcalino. Mas ninguém jamais havia conseguido gerar pressões altas o suficiente para demonstrar o efeito em um laboratório antes. Este ano, a equipe disse ter visto em 425 gigapascais (4,2 milhões de vezes a pressão atmosférica da Terra no nível do mar). Nem todo mundo compra essa reivindicação, no entanto.
Leia mais sobre hidrogênio metálico.
Vimos a tartaruga quântica
Zapou uma massa de átomos super-resfriados com um campo magnético e você verá "fogos de artifício quânticos": jatos de átomos disparando em direções aparentemente aleatórias. Os pesquisadores suspeitavam que pudesse haver um padrão nos fogos de artifício, mas não era óbvio apenas pelo olhar. Com a ajuda de um computador, porém, os pesquisadores descobriram uma forma do efeito dos fogos de artifício: uma tartaruga quântica. No entanto, ninguém sabe ao certo por que ela toma essa forma.
Leia mais sobre a tartaruga quântica.
Um pequeno computador quântico voltou no tempo
O tempo deveria se mover em apenas uma direção: para frente. Derrame um pouco de leite no chão, e não há como secar perfeitamente a sujeira e devolver o mesmo leite limpo de volta ao copo. Uma função de onda quântica em expansão não se espalha.
Exceto neste caso, ele fez. Usando um computador quântico minúsculo de dois qubit, os físicos conseguiram escrever um algoritmo capaz de retornar cada onda de onda à partícula que a criou - desenrolando o evento e efetivamente retrocedendo a flecha do tempo.
Leia mais sobre a inversão da seta do tempo.
Outro computador quântico viu 16 futuros
Uma boa característica dos computadores quânticos, que dependem de superposições em vez de 1s e 0s, é a capacidade de executar vários cálculos ao mesmo tempo. Essa vantagem está em exibição total em um novo mecanismo de previsão quântica desenvolvido em 2019. Simulando uma série de eventos conectados, os pesquisadores por trás do mecanismo conseguiram codificar 16 possíveis futuros em um único fóton em seu mecanismo. Agora isso é multitarefa!
Leia mais sobre os 16 futuros possíveis.
