Se os jogadores, investidores e experimentalistas quânticos conseguissem dobrar a flecha do tempo, a sua vantagem seria significativamente maior, levando a resultados significativamente melhores. 

Pesquisadores da Universidade de Cambridge mostraram que, ao manipular o emaranhamento – uma característica da teoria quântica que faz com que as partículas estejam intrinsecamente ligadas – eles podem simular o que poderia acontecer se alguém pudesse viajar para trás no tempo. Para que os jogadores, investidores e experimentalistas quânticos possam, em alguns casos, alterar retroativamente as suas ações passadas e melhorar os seus resultados no presente.

Se as partículas podem viajar para trás no tempo é um tema controverso entre os físicos, embora os cientistas já tenham simulado modelos de como tais loops de espaço-tempo poderiam se comportar se existissem. Ao ligar a sua nova teoria à metrologia quântica, que utiliza a teoria quântica para fazer medições altamente sensíveis, a equipa de Cambridge mostrou que o emaranhamento pode resolver problemas que de outra forma pareceriam impossíveis. O estudo aparece na revista  Physical Review Letters .

“Imagine que você deseja enviar um presente para alguém: você precisa enviá-lo no primeiro dia para ter certeza de que chegará no terceiro dia”, disse o autor principal David Arvidsson-Shukur, do Laboratório Hitachi Cambridge. “No entanto, você só recebe a lista de desejos dessa pessoa no segundo dia. Então, nesse cenário de respeito pela cronologia, é impossível você saber com antecedência o que eles vão querer de presente e ter certeza de enviar o presente certo.

“Agora imagine que você pode alterar o que envia no primeiro dia com as informações da lista de desejos recebida no segundo dia. Nossa simulação usa manipulação de emaranhamento quântico para mostrar como você pode alterar retroativamente suas ações anteriores para garantir que o resultado final seja o que você deseja.”

A simulação é baseada no emaranhamento quântico, que consiste em fortes correlações que as partículas quânticas podem compartilhar e as partículas clássicas – aquelas governadas pela física cotidiana – não.

A particularidade da física quântica é que se duas partículas estiverem próximas o suficiente uma da outra para interagir, elas podem permanecer conectadas mesmo quando separadas. Esta é a base da computação quântica – o aproveitamento de partículas conectadas para realizar cálculos complexos demais para computadores clássicos.

“Em nossa proposta, um experimentalista entrelaça duas partículas”, disse a coautora Nicole Yunger Halpern, pesquisadora do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e da Universidade de Maryland. “A primeira partícula é então enviada para ser usada em um experimento. Ao obter novas informações, o experimentalista manipula a segunda partícula para alterar efetivamente o estado passado da primeira partícula, mudando o resultado do experimento.”

“O efeito é notável, mas acontece apenas uma em cada quatro vezes!” disse Arvidsson-Shukur. “Ou seja, a simulação tem 75% de chance de falhar. Mas a boa notícia é que você sabe se falhou. Se continuarmos com a nossa analogia do presente, uma em cada quatro vezes, o presente será o desejado (por exemplo, um par de calças), outra vez será um par de calças, mas no tamanho errado, ou na cor errada, ou será uma jaqueta.”

Para dar relevância ao seu modelo para as tecnologias, os teóricos o conectaram à metrologia quântica. Em um experimento comum de metrologia quântica, fótons – pequenas partículas de luz – são direcionados a uma amostra de interesse e depois registrados com um tipo especial de câmera. Para que este experimento seja eficiente, os fótons devem ser preparados de uma certa maneira antes de chegarem à amostra. Os pesquisadores mostraram que, mesmo que aprendam como preparar melhor os fótons somente depois que eles atingirem a amostra, eles poderão usar simulações de viagens no tempo para alterar retroativamente os fótons originais.

Para contrariar a elevada probabilidade de falha, os teóricos propõem o envio de um grande número de fotões emaranhados, sabendo que alguns acabarão por transportar a informação correta e atualizada. Em seguida, eles usariam um filtro para garantir que os fótons corretos passassem para a câmera, enquanto o filtro rejeitaria o restante dos fótons “ruins”.

“Considere a nossa analogia anterior sobre presentes”, disse o coautor Aidan McConnell, que realizou esta investigação durante o seu mestrado no Laboratório Cavendish em Cambridge, e é agora estudante de doutoramento na ETH, Zurique. “Digamos que enviar presentes seja barato e possamos enviar vários pacotes no primeiro dia. No segundo dia sabemos qual presente deveríamos ter enviado. Quando os pacotes chegarem, no terceiro dia, um em cada quatro presentes estará correto, e nós os selecionamos informando ao destinatário quais entregas devem ser descartadas.”

“O fato de precisarmos usar um filtro para fazer nosso experimento funcionar é realmente bastante reconfortante”, disse Arvidsson-Shukur. “O mundo seria muito estranho se a nossa simulação de viagem no tempo funcionasse sempre. A relatividade e todas as teorias nas quais estamos construindo a nossa compreensão do nosso universo estariam fora da janela.

“Não estamos propondo uma máquina de viagem no tempo, mas sim um mergulho profundo nos fundamentos da mecânica quântica. Essas simulações não permitem que você volte e altere seu passado, mas permitem que você crie um amanhã melhor, resolvendo hoje os problemas de ontem.”

Este trabalho foi apoiado pela Fundação Suécia-América, pela Lars Hierta Memorial Foundation, pelo Girton College e pelo Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas (EPSRC), parte da Pesquisa e Inovação do Reino Unido (UKRI).