O que os computadores quânticos têm a ver com as ruas cheias de poluição atmosférica de Londres, submarinos voadores, coletes, anáguas, mistérios de Sherlock Holmes e óculos de bronze?
Muito, de acordo com Nicole Yunger Halpern. Na semana passada, a física teórica se juntou a Jacob Barandes, codiretor de pós-graduação em física, para discutir seu novo livro, "Quantum Steampunk:The Physics of Yesterday's Tomorrow". Nele, Yunger Halpern disseca um novo ramo da ciência – termodinâmica quântica, ou steampunk quântico, como ela o chama – fundindo ficção steampunk com não ficção e termodinâmica da era vitoriana (o calor e a energia que fazem os motores a vapor bombear) com a física quântica. Yunger Halpern apresenta uma lente caprichosa através da qual os leitores podem assistir a uma "revolução científica que está acontecendo em tempo real", disse Barandes, explorando mistérios que nem Holmes poderia esperar resolver, como por que o tempo flui em apenas uma direção.

“Esta fusão do antigo e do novo cria uma maravilhosa sensação de nostalgia e aventura, romance e exploração”, disse Yunger Halpern durante uma palestra virtual sobre Harvard Science Book Talk apresentada pela Divisão de Ciências da Universidade, Cabot Science Library e Harvard Book Store. No steampunk, ela continuou, "os fãs se vestem com fantasias cheias de cartolas e óculos e equipamentos e se reúnem em convenções. O que eles sonham, eu tenho o imenso privilégio de ter a oportunidade de viver".

Yunger Halpern, membro do Joint Center for Quantum Information and Computer Science e professor assistente adjunto da Universidade de Maryland, usa steampunk, que combina estilo vitoriano e tecnologia futurista, para apresentar aos leitores o mundo complexo e fantástico da termodinâmica quântica. O novo campo combina física quântica, ciência da informação e ciência da energia para estudar novas maneiras de alimentar carros, carregar baterias, criptografar informações e resfriar computadores quânticos.

"Como podemos estender a teoria vitoriana da termodinâmica de grandes sistemas do tipo cotidiano, como motores a vapor, para pequenos sistemas quânticos e de processamento de informações?" Yunger Halpern perguntou, e então respondeu:"Nós voltamos ao passado e seguimos para o futuro."

Para orientar a conversa, Barandes se concentrou na capacidade de Yunger Halpern de explicar conceitos quânticos densos com capricho. Enquanto "Quantum Steampunk" é principalmente não-ficção, Yunger Halpern apresenta cada capítulo com um conto fictício no estilo steampunk, apresentando personagens com nomes como Audrey e Baxter. Estes não são apenas renegados científicos da era vitoriana voando em dirigíveis e consertando máquinas do tempo; são as versões steampunk de Alice e Bob — apelidos que os cientistas costumam dar às partículas quânticas para tornar seus comportamentos mais fáceis de descrever.

Para apresentar as muitas definições abstratas de seu campo, Yunger Halpern criou uma coleção de metáforas. Por exemplo, ela compara medições quânticas fracas - usadas para examinar um sistema quântico sem perturbá-lo - com um beija-flor "que pousa muito suavemente em seu ombro", disse Yunger Halpern.

Para o conceito integral de entropia, Yunger Halpern se baseou em mais um pássaro — o corvo de Edgar Allan Poe, para ser exato. A entropia é, muito simplesmente, uma medida de incerteza. No reino muito pequeno da física quântica, os cientistas devem separar mais entropias, ou incertezas, para exercer controle sobre as partículas quânticas. Em sistemas maiores com mais partículas, como motores a vapor, cada vez menos entropias importam.

"Isso me lembrou de uma parte de "O Corvo", disse Yunger Halpern, antes de pular em uma recitação de várias estrofes do famoso poema de Poe. "Todos os seus sonhos, pesadelos, medos e horrores caíram sobre este corvo", ela disse. "Talvez seja uma maneira de dizer que todas essas entropias quânticas colapsam em apenas uma na termodinâmica convencional."

Antes de fazer sua próxima pergunta, Barandes saltou para continuar de onde Yunger Halpern parou, recitando outra estrofe de "O Corvo" com velocidade quase quântica. ("Minha esposa está revirando os olhos", disse ele quando, na conclusão da discussão, Yunger Halpern propôs que eles se juntassem em uma recitação mais longa para o Mês da Poesia.)

Barandes também pediu a Yunger Halpern que especulasse sobre o futuro dos computadores quânticos e quando eles poderiam se tornar globais. Essas máquinas podem fazer mais por menos, disse Yunger Halpern, o que significa que podem calcular problemas muito mais complexos, mais rápidos e com menos recursos do que os computadores clássicos.

No início de sua palestra, Yunger Halpern mostrou uma foto de um computador quântico moderno que, como uma boa máquina steampunk, parecia uma teia meticulosa de metais delicados. Mas aquela engenhoca, ela explicou, era apenas a geladeira do computador; o computador quântico era um chip minúsculo e vulnerável posicionado no centro, como as joias da coroa da Torre de Londres.

Ainda a algumas décadas de distância, Yunger Halpern disse que os computadores quânticos podem decodificar fluxos de tráfego ou criptografia quase impenetrável. Mas, ela disse, "nem todos os problemas são adequados para computadores quânticos. Por exemplo, eu não recomendo fazer seus impostos em um". E embora ela não preveja um desses gigantes analíticos em cada home office, ela reconheceu que os físicos de hoje fizeram descobertas que os fundadores da teoria quântica achavam impossíveis.

“Eu realmente espero”, disse Yunger Halpern, “que os computadores quânticos melhorem nossas vidas de maneiras que não podemos imaginar hoje”. Ou, tomando emprestado o verso vitoriano de Poe que ela recitara minutos antes:"Fiquei lá... sonhando sonhos que nenhum mortal jamais ousou sonhar antes". + Explorar mais

Grupo de pesquisa prova que a complexidade quântica cresce linearmente por um tempo exponencialmente longo

Esta história foi publicada como cortesia do Harvard Gazette, o jornal oficial da Universidade de Harvard. Para mais notícias da universidade, visite Harvard.edu.