As teorias da mecânica quântica e da gravidade são notórias por serem incompatíveis, apesar dos esforços de muitos físicos nos últimos cinquenta anos. Contudo, recentemente, uma equipe internacional de pesquisadores liderada por físicos da Universidade de Viena, a Academia Austríaca de Ciências, bem como a Universidade de Queensland (AUS) e o Stevens Institute of Technology (EUA) combinaram os elementos-chave das duas teorias que descrevem o fluxo do tempo e descobriram que a ordem temporal entre eventos pode exibir características quânticas genuínas .

De acordo com a relatividade geral, a presença de um objeto maciço retarda o fluxo do tempo. Isso significa que um relógio colocado perto de um objeto massivo funcionará mais devagar em comparação com um relógio idêntico que está mais longe.

Contudo, as regras da teoria quântica permitem que qualquer objeto seja preparado em um estado de superposição. Um estado de superposição de dois locais é diferente de colocar um objeto em um ou outro local aleatoriamente - é outra maneira de um objeto existir, permitido pelas leis da física quântica.

Uma das questões em aberto na física é:O que acontece quando um objeto com massa suficiente para influenciar o fluxo do tempo é colocado em um estado de superposição quântica?

Este é um tópico controverso:alguns físicos afirmam que tais cenários são fundamentalmente impossíveis - algum novo mecanismo deve bloquear a formação da superposição em primeiro lugar - enquanto outros desenvolvem teorias inteiras com base na suposição de que isso é possível.

"Começamos abordando uma questão:o que um relógio mediria se fosse influenciado por um objeto maciço em um estado de superposição quântica?" explica Magdalena Zych da Universidade de Queensland.

Os cientistas esperavam enfrentar os obstáculos que tornavam o cenário impossível, mas surpreendentemente, usando a física padrão dos livros, eles foram capazes de descrever exatamente o que acontece.

Eles descobriram que, quando um objeto massivo é colocado em uma superposição quântica nas proximidades de um conjunto de relógios, sua ordem de tempo pode se tornar genuinamente quântica, desafiando qualquer descrição clássica.

Caslav Brukner, co-autor da Universidade de Viena e da Academia Austríaca de Ciências acrescentou que o regime em que a ordem do tempo quântico poderia surgir é bastante remoto de nossa experiência cotidiana, "mas o insight mais importante do nosso trabalho é que a ordem do tempo quântico é possível, e que resulta em novos efeitos físicos. "

Para ilustrar o que acontece, imagine um par de naves estelares treinando para uma missão. Eles são convidados a atirar um no outro em um momento específico, e imediatamente liguem seus motores para evitar o ataque um do outro. Se qualquer um dos navios disparar muito cedo, vai destruir o outro, e isso estabelece uma ordem de tempo inconfundível entre os eventos de disparo. Se um agente poderoso pudesse colocar um objeto suficientemente grande, diga um planeta, mais perto de um navio, diminuiria a contagem do tempo. Como resultado, o navio mais distante da massa atirará muito cedo para o primeiro escapar.

As leis da física quântica e da gravidade prevêem que, ao manipular um estado de superposição quântica do planeta, os navios podem acabar em uma superposição de qualquer um deles sendo destruído. Tal estado de superposição, envolvendo dois sistemas, é chamado de emaranhado. O novo trabalho mostra que a ordem temporal entre eventos pode exibir superposição e emaranhamento - características genuinamente quânticas de particular importância para testar a teoria quântica contra alternativas. O resultado agora pode ser usado como um campo de teste teórico para estruturas de gravidade quântica, e assim ajudar a avançar na formulação da teoria correta da gravidade quântica.

O estudo também será relevante para futuras tecnologias quânticas. Computadores quânticos que exploram a ordem quântica de realizar operações podem superar dispositivos que operam usando apenas sequências fixas. Implementações práticas de ordem temporal quântica não requerem condições extremas - como planetas em superposição - e podem ser simuladas sem o uso da gravidade. A descoberta das propriedades quânticas do tempo pode levar a melhores dispositivos quânticos na próxima era dos computadores quânticos.