Fim de tudo? Computador quântico simula uma das formas de como Universo pode acabar
Decaimento do vácuo é uma das formas que o Universo pode acabar e foi simulado usando computadores quânticos.
Existem vários modelos sobre como o Universo vai acabar que dependem de propriedades como densidade de energia escura. Esse é um dos motivos que a busca pela taxa de expansão é tão importante na Cosmologia. Atualmente, o modelo mais aceito é o ⋀CDM que descreve a morte do Universo como uma Morte Térmica com o Universo se expandindo até chegar ao limite da entropia.
No entanto, outros modelos também são usados para descrever os possíveis finais do Universo como o conceito de falso decaimento do vácuo. Esse modelo é associado com o campo de Higgs que é responsável por dar massas às partículas. A ideia é que se o estado atual do vácuo quântico não for absolutamente estável, ele pode decair para um estado de energia mais baixo em algum momento.
Esse decaimento criaria uma bolha de vácuo que se expandiria à velocidade da luz, destruindo toda matéria em seu caminho. Para entender melhor esse processo de decaimento, pesquisadores da Universidade de Leeds usaram computadores quânticos para simular esse processo em escala microscópica. Com essa simulação, os físicos conseguiram modelar a dinâmica da formação e propagação dessa bolha.
Decaimento do vácuo
Dentro da Física de Partículas e da Teoria Quântica de Campos, o vácuo não é apenas um espaço vazio mas algo com energia. Há uma hipótese que o Universo não está em um estado estável de energia, ou seja, um estado fundamental nesse caso. Caso essa hipótese seja verdade, há a possibilidade de que o vácuo possa decair para um estado de energia mais baixo.
Se esse decaimento ocorresse, ele formaria uma bolha de vácuo que expandiria à velocidade da luz. Essa bolha iria destruir toda matéria por onde passasse já que dentro dela a Física seria diferente e a matéria como conhecemos não existiria. A ideia do decaimento do vácuo é possível dentro do Modelo Padrão mas cálculos indicam que ele ocorreria só em escalas muito maiores do que a idade do Universo.
Computadores quânticos
A ideia de utilizar conceitos da Mecânica Quântica em computadores fez nascer a ideia de Computação Quântica. Algumas propriedades como superposição e entrelaçamento quântico permitem que eles realizem operações de forma muito mais rápida do que computadores tradicionais. Uma das principais diferenças é o uso de qubits que podem estar em diferentes estados ao mesmo tempo.
Enquanto a possibilidade de estar em diferentes estados é chamado de superposição, o entrelaçamento quântico acontece quando estado de um qubit afeta instantaneamente o estado do outro. Esse fenômeno é independente da distância entre eles fazendo com que a computação seja muito rápida e eficiente. Além de que isso possibilita fazer várias operações ao mesmo tempo sem necessidade de esperar uma acabar para iniciar outra.
Qubits
Os qubits são análogos aos bits dos computadores clássicos. Os bits tradicionais geralmente assumem apenas valores de 0 ou 1, já os qubits podem assumir valores onde há uma superposição de ambos os estados. É através dos qubits que é possível utilizar os fenômenos de entrelaçamento ou interferência. Mas manipular qubits é um dos maiores desafios dentro da Computação Quântica por serem muito sensíveis a ruído.
Há diferentes formas de implementas os qubits, alguns exemplos contam com ímãs que prendem os átomos em campo eletromagnético. Outras formas consideram supercondutores ou armadilhas com fótons. Recentemente, a Google anunciou o Willow, o chip quântico que possui uma técnica que minimiza o erro e as interferências externas nos qubits.
Simulando decaimento do vácuo
Um grupo de físicos usaram um computador quântico com 5.564 qubits para simular o efeito de decaimento do vácuo em 1 dimensão. A simulação em escala atômica tornou possível entender algumas propriedades de um possível decaimento no Universo. Um dos resultados é que seria possível formar bolhas de diferentes tamanhos e os tamanhos afetam como elas interagem.
Outra resposta que os físicos encontraram sobre o decaimento do vácuo é que o processo pelo qual essas bolhas evoluem é extremamente complexo e não tão simples como se achava. Essas bolhas também podem colidir entre si e afetar a dinâmica de todo o processo. O próximo passo é expandir o sistema para conseguir realizar uma simulação bidimensional.
Referência da notícia
Vodeb et al. 2025 Stirring the false vacuum via interacting quantized bubbles on a 5,564-qubit quantum annealer Nature Physics