Tudo começou com uma aposta feita no verão de 2022 entre Noah Lordi, Maedée Trank-Greene e seus colegas: quantos estados possíveis existiriam em um cubo mágico quântico?
A ideia rapidamente conquistou o apoio do professor Josh Combs, que estabeleceu algumas diretrizes: as tradicionais cores das faces do cubo precisariam ser substituídas por partículas quânticas conhecidas como férmions — partículas que alteram seu estado ao serem trocadas entre si. “Resolver um cubo quântico será totalmente diferente de resolver o cubo mágico tradicional”, explicou Combs.
O projeto evoluiu e foi transformado em um artigo hospedado no repositório de pré-impressões arXiv, ainda não revisado por pares. O estudo descreve que “uma única espécie de partículas idênticas substituirá todas as peças azuis, e o mesmo ocorrerá para as demais cores”. Com isso, partículas da mesma cor serão indistinguíveis entre si, enquanto as de cores diferentes serão distinguíveis. Essa configuração permitirá calcular o número de trocas possíveis.
Como um cubo mágico quântico funciona?
Em princípio, um cubo mágico quântico funciona de maneira semelhante ao cubo tradicional. A equipe reduziu os movimentos possíveis a apenas dois: uma rotação no eixo z e outra no eixo y, com os demais movimentos sendo combinações desses dois. Isso permitiria que o cubo fosse resolvido em até 3,13 segundos, o recorde atual de resolução para humanos.
No entanto, no mundo quântico, há um movimento exclusivo dessa configuração: a “raiz quadrada de uma permutação”, como explica a equipe. Em outras palavras, em um cubo mágico quântico, as faces podem estar em estados simultâneos de movimento e não-movimento.
Isso torna o cubo quântico fundamentalmente “diferente dos quebra-cabeças de permutação tradicionais das lojas de brinquedos”, de acordo com os autores. Na versão quântica, existe um número infinito de estados possíveis. Mesmo assim, o cubo permanece solucionável, embora com uma complexidade muito além do cubo comum.
Como resolver o cubo mágico quântico?
Os autores sugerem duas formas para resolver o cubo mágico quântico, ambas relativamente simples.
A primeira opção é medir o estado da partícula (ou seja, verificar se ela foi movida ou não!). Esse ato de medição seria como “abrir a caixa do gato de Schrödinger”: ele eliminaria a superposição quântica e faria com que as partículas se comportassem como as faces de um cubo tradicional.
A segunda alternativa seria “trapacear” na configuração do cubo. Isso pode ser feito construindo o cubo com férmions idênticos, por exemplo. Esses férmions mantêm o sistema em um estado de energia baixa, independentemente dos movimentos feitos, o que cria uma restrição no “espaço de estado” do cubo, limitando as configurações possíveis e tornando o quebra-cabeça mais simples de resolver. Compre aqui seu cubo mágico.
E você, encararia o desafio de resolver o cubo mágico quântico?
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