Estamos vivendo em uma simulação de computador? Curiosamente, o ponto crucial dessa questão pode estar se escondendo em um fenômeno quântico exótico que aparece nos metais como uma resposta às torções da geometria do espaço-tempo.

Um tema recorrente na ficção científica, mais famosa popularizada pela trilogia de filmes "Matrix ', é se nossa realidade física é uma simulação de computador. Embora pareça uma ideia bastante filosófica, na física teórica, tem uma reviravolta interessante quando aplicada a simulações de computador de sistemas quânticos complexos.

Como alguém pode ao menos tentar dar uma resposta a essa pergunta? Em nova pesquisa publicada em Avanços da Ciência revista, uma equipe de físicos teóricos da Universidade de Oxford e da Universidade Hebraica, pode ter encontrado uma maneira de abordar essa resposta.

Ao tentar abordar uma simulação de computador de um fenômeno quântico que ocorre em metais, Os pesquisadores, Zohar Ringel e Dmitry Kovrizhin, encontrou provas de que tal simulação é impossível por uma questão de princípio. Mais precisamente, eles mostraram como a complexidade desta simulação, - que pode ser medido em várias horas de processador, Tamanho da memória, e contas de eletricidade, - aumenta de acordo com o número de partículas que seria necessário simular.

Se a quantidade de recursos computacionais necessários para uma simulação quântica aumentar lentamente (por exemplo, linearmente) com o número de partículas no sistema, então é preciso dobrar o número de processadores, memória, etc. para poder simular um sistema duas vezes maior no mesmo período de tempo. Mas se o crescimento for exponencial, ou em outras palavras, se para cada partícula extra for necessário dobrar o número de processadores, memória, etc, então essa tarefa se torna intratável. Observação, que mesmo apenas para armazenar as informações sobre algumas centenas de elétrons em um computador, seria necessária uma memória construída a partir de mais átomos do que existem no Universo.

Os pesquisadores identificaram um fenômeno físico particular que não pode ser capturado por nenhum quantum local:simulação de Monte-Carlo. É um efeito curioso, que é conhecido há décadas, mas só foi medido indiretamente. No campo da física da matéria condensada, é chamada de "condutância Hall térmica" e na física de alta energia é conhecida como "anomalia gravitacional".

Em palavras simples, a condutância Hall térmica implica uma geração de correntes de energia na direção transversal a qualquer gradiente de temperatura, ou uma torção na geometria subjacente do espaço-tempo. Acredita-se que muitos sistemas físicos em altos campos magnéticos e em temperaturas muito baixas exibam esse efeito. Curiosamente, esses sistemas quânticos têm evitado algoritmos de simulação numérica eficientes por décadas.

Em seu trabalho, os teóricos mostraram que para sistemas exibindo anomalias gravitacionais, as quantidades que estão envolvidas nas simulações de Monte-Carlo quânticas adquirirão um sinal negativo ou se tornarão complexas. Isso arruína a eficácia da abordagem de Monte-Carlo por meio do que é conhecido como "o problema do sinal". Encontrar uma solução para "o problema do sinal" tornaria as simulações quânticas em grande escala possíveis, de modo que a prova de que este problema não pode ser resolvido para alguns sistemas, é importante.

'Nosso trabalho fornece uma ligação intrigante entre dois tópicos aparentemente não relacionados:anomalias gravitacionais e complexidade computacional. Também mostra que a condutância Hall térmica é um efeito quântico genuíno:aquele para o qual não existe um análogo clássico local ', diz Zohar Ringel, um professor da Universidade Hebraica, e coautor do artigo.

Este trabalho também traz uma mensagem tranquilizadora para os físicos teóricos. Costuma-se dizer na sociedade que as máquinas estão tomando o lugar das pessoas, e acabará assumindo empregos humanos. Por exemplo, no caso de alguém, por exemplo, cria um computador poderoso o suficiente para simular todas as propriedades de grandes sistemas quânticos, Num piscar de olhos. É evidente que o apelo de contratar um físico teórico para fazer exatamente o mesmo trabalho (com as considerações gerais do espaço de escritório, dinheiro de viagem, pensão, etc.) seria significativamente diminuída.

Mas, os físicos teóricos deveriam ficar alarmados com essa possibilidade? Pelo lado bom, existem muitos sistemas quânticos importantes e interessantes, alguns relacionados à supercondutividade de alta temperatura, e outros relacionados à computação quântica topológica, para o qual nenhum algoritmo de simulação eficiente é conhecido. Por outro lado, talvez esses algoritmos estejam apenas esperando para serem descobertos? O professor Ringel e Kovrizhin argumentam que, quando se trata de um subconjunto fisicamente importante de dados quânticos complexos, uma classe de algoritmos tão ampla quanto algoritmos de Monte-Carlo, não podem nos superar e provavelmente não o farão em um futuro próximo.

No contexto da questão original de se nossa realidade percebida é realmente apenas uma parte de um experimento alienígena avançado, este trabalho pode fornecer segurança extra para alguns de nós.