Ilustração que demonstra nosso universo como uma projeção holográfica de eventos físicos em uma dimensão abaixo (Imagem: Reprodução/Institute for Theoretical Physics TU Wien)
Acontece que, há alguns anos, os físicos trabalham com materiais incríveis chamados cupratos, que são aproximadamente 2D, para estudar as propriedades relacionadas do que pode ser sua contraparte 3D: um buraco negro eletricamente carregado e de formato peculiar.
Essa é a beleza e elegância da matemática por trás do princípio da dualidade holográfica — é quase um virtuosismo numérico comparável às sinfonias de Beethoven. Ele permite que os próprios buracos negros sejam analisados em modelos computacionais ao nível quântico.
Na prática, movimentos das partículas em um plano bidimensional “acima” do buraco negro (o que seria a superfície daquele lago) refletem matematicamente os movimentos tridimensionais do buraco negro. O problema é que os computadores quânticos ainda não são avançados (nem econômicos) o suficiente para lidar com uma simulação que reproduza esses comportamentos.
Mesmo assim, os pesquisadores testaram em uma escala menor, ou seja, uma pequena matriz computacional que representa uma projeção de um buraco negro. Eles usaram um circuito de qubits (bits quânticos) para definir a descrição matemática do estado quântico da matriz, chamado de função de onda quântica.
Em seguida, eles usam uma rede neural especial para encontrar a função de onda da matriz com a menor energia possível (seu estado fundamental). Os números da rede neural passam por um processo de otimização até encontrar o estado fundamental do modelo de matriz.
Os autores do estudo comparam o estado fundamental com o ato de bater em um balde de areia para que todos os seus grãos sejam nivelados. "Outros métodos que as pessoas normalmente usam podem encontrar a energia do estado fundamental, mas não toda a estrutura da função de onda", disseram. “Mostramos como obter todas as informações sobre o estado fundamental usando essas novas tecnologias”.
Contudo, os circuitos quânticos são limitados por um pequeno número de qubits, e quanto mais adicionam, mais caro fica e menor será a precisão do processo de busca do estado fundamental. Por isso esse estudo é apenas o “pontapé” inicial nesse tipo de pesquisa, mas a técnica se mostrou eficaz.
As matrizes produzidas no computador quântico são uma representação para um tipo especial de buraco negro, então se os cientistas descobrirem como elas estão organizadas e quais são suas propriedades, poderão finalmente saber como é um buraco negro por dentro, o que há no horizonte de eventos, e, talvez, darão mais um passo para encontrar a teoria de tudo.
Fonte: Space.com, EurekAlert, Wired, Friedrich Schiller University
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