Cientistas alcançaram um avanço significativo na compreensão da turbulência, um fenômeno natural que ocorre em diversos fluidos, como água em movimento, correntes oceânicas, reações químicas, fluxo sanguíneo, nuvens de tempestade e até mesmo o plasma das estrelas. Embora o fluxo turbulento seja caótico e irregular, a formação de vórtices e redemoinhos tem desafiado pesquisadores por cerca de 200 anos, dificultando a criação de simulações precisas, mesmo com o uso de supercomputadores.
Uma equipe internacional de cientistas desenvolveu uma nova abordagem para simular a turbulência, utilizando um método inspirado na computação quântica. O estudo, publicado em 29 de janeiro na revista Science Advances, destaca que a capacidade de modelar e prever com precisão a turbulência pode ter diversas aplicações práticas em ciência e engenharia, como o aprimoramento do design de aviões, carros, hélices e corações artificiais, além de melhorar a precisão nas previsões meteorológicas. Nik Gourianov, autor principal do estudo e pesquisador do departamento de física da Universidade de Oxford, afirma: “A turbulência era e ainda é um problema não resolvido; ainda precisamos de um túnel de vento para projetar uma asa de avião. Mas avanços como o nosso ‘reduzem’ o problema e empurram a fronteira”.
A maioria das abordagens anteriores para simular turbulência utilizava uma estratégia determinística, onde condições iniciais específicas sempre produzem os mesmos resultados. Em contraste, a nova pesquisa modelou as flutuações na turbulência de forma probabilística, considerando a variação aleatória. A equipe aplicou um algoritmo inspirado na computação quântica que permite realizar cálculos complexos em poucas horas, um processo que levaria dias em um supercomputador clássico.
Os computadores quânticos diferem fundamentalmente dos clássicos, utilizando bits quânticos (ou “Qbits”), que podem representar zeros, uns ou qualquer combinação entre os dois. A equipe utilizou uma ferramenta matemática chamada redes tensoriais para simular sistemas quânticos. James Beattie, pesquisador pós-doutoral na Universidade de Princeton, destacou que a nova representação de dados com muitas variáveis simplificou os cálculos complexos necessários para entender a turbulência, permitindo que fossem executados em um laptop com uma utilização de memória “um milhão de vezes melhor” e uma aceleração “mil vezes maior” na computação.
Embora este estudo represente “um progresso incrível”, Beattie ressalta que não aborda questões de escala, como a interação entre vórtices turbulentos de diferentes tamanhos. “A turbulência pode abranger desde milhares de anos-luz até menos de um pé. Queremos saber como essas escalas se comunicam entre si”, explica.
Yongxiang Huang, professor associado na Universidade de Xiamen, elogiou o método inovador desenvolvido pela equipe, que reduziu significativamente o uso de memória e a complexidade computacional, mas também observou que o quadro ainda não está completo, devido à vasta gama de escalas envolvidas.
A turbulência é frequentemente descrita como o mais antigo problema não resolvido da física. O físico teórico Werner Heisenberg, em seu leito de morte, teria dito: “Quando eu encontrar Deus, vou fazer duas perguntas: Por que a relatividade? E por que a turbulência?”. Gourianov acredita que a nova técnica pode abrir novas áreas para a investigação científica na física da turbulência, mas que o mistério permanece, exigindo algoritmos e hardware de computação significativamente novos para ser realmente desvendado.