Um computador quântico simula a criação de partículas no Universo 🌟
Para realizar essa simulação, os pesquisadores usaram uma teoria chamada teoria quântica de campos em espaço-tempo curvo (QFTCS, na sigla em inglês). Basicamente, essa teoria permite estudar como as partículas se comportam em um universo onde o espaço e o tempo estão "deformados", como perto de um buraco negro ou em um universo que está se expandindo. Ela já permitiu prever fenômenos impressionantes, como a radiação de Hawking (uma radiação emitida por buracos negros) ou a criação de partículas em um universo em expansão.
Até agora, os cientistas usavam experimentos em laboratório para verificar essas previsões. Mas desta vez, eles utilizaram computadores quânticos para realizar simulações numéricas, um método novo nessa área.
Marco Díaz Maceda, principal autor do estudo, explica que os computadores quânticos são uma ferramenta poderosa para explorar questões fundamentais sobre o Universo. No entanto, esses computadores ainda estão em desenvolvimento e cometem erros devido ao "ruído" nos cálculos. Para contornar esse problema, os pesquisadores usaram técnicas para reduzir esses erros sem precisar de muitos recursos.
Eles escolheram um modelo de universo em expansão, chamado FLRW, e criaram um circuito quântico em um processador da IBM chamado Eagle para simular a criação de partículas. Apesar dos erros, os resultados mostraram que as partículas surgiram conforme previsto pela teoria. Graças às técnicas de redução de erros, os pesquisadores conseguiram obter resultados mais precisos.
Este estudo representa um grande avanço no uso de computadores quânticos para estudar o Universo. Ele abre portas para novas pesquisas sobre temas como o emaranhamento gravitacional (um fenômeno quântico relacionado à gravidade) ou a estrutura do Universo.
A teoria quântica de campos em espaço-tempo curvo (QFTCS)
A QFTCS é uma teoria que combina duas grandes ideias da física: a relatividade geral (que explica como a gravidade deforma o espaço e o tempo) e a mecânica quântica (que descreve o comportamento das partículas em escalas muito pequenas). Ela permite estudar como as partículas se comportam em universos onde o espaço e o tempo estão deformados, como perto de um buraco negro ou em um universo em expansão.
Essa teoria é muito útil porque permite explorar fenômenos complexos sem a necessidade de uma teoria completa da gravidade quântica, que ainda está para ser descoberta.
Como reduzir os erros nos cálculos quânticos?
Os computadores quânticos são poderosos, mas ainda cometem erros devido ao "ruído" nos cálculos. Para melhorar os resultados, os pesquisadores usam técnicas de mitigação de erros. A ideia é entender como os erros aumentam com o ruído e, então, estimar quais seriam os resultados sem esse ruído.
Diferentemente da correção de erros, que exige muitos recursos, a mitigação de erros é mais adequada para os computadores quânticos atuais. Neste estudo, os pesquisadores usaram uma técnica chamada extrapolação para ruído zero (ZNE, na sigla em inglês), que permitiu obter resultados mais precisos.