O desenvolvimento de um computador quântico capaz de resolver problemas que os computadores clássicos só conseguem resolver com grande esforço ou mesmo sem conseguir resolver — este é o objetivo perseguido atualmente por um número cada vez maior de equipes de pesquisa em todo o mundo. O motivo: os efeitos quânticos, originários do mundo das menores partículas e estruturas, possibilitam muitas novas aplicações tecnológicas. Os chamados supercondutores, que permitem o processamento de informações e sinais de acordo com as leis da mecânica quântica, são considerados componentes promissores para a construção de computadores quânticos. Um ponto crítico das nanoestruturas supercondutoras, no entanto, é que elas funcionam apenas em temperaturas muito baixas e, portanto, são difíceis de implementar em aplicações práticas. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Pesquisadores da Universidade de Münster e do Forschungszentrum Jülich demonstraram pela primeira vez o que é conhecido como quantização de energia em nanofios feitos de supercondutores de alta temperatura — ou seja, supercondutores nos quais a temperatura é elevada abaixo da qual predominam os efeitos da mecânica quântica. O nanofio supercondutor assume então apenas estados de energia selecionados que podem ser usados para codificar informações. Nos supercondutores de alta temperatura, os pesquisadores também puderam observar pela primeira vez a absorção de um único fóton, uma partícula de luz que serve para transmitir informações.
“Por um lado, nossos resultados podem contribuir para o uso de tecnologias de resfriamento consideravelmente simplificadas em tecnologias quânticas no futuro e, por outro, nos oferecem insights completamente novos sobre os processos que regem os estados supercondutores e sua dinâmica, que ainda não são compreendidos”, enfatiza o líder do estudo, Professor Jun. Carsten Schuck, do Instituto de Física da Universidade de Münster. Os resultados podem, portanto, ser relevantes para o desenvolvimento de novos tipos de tecnologia computacional. O estudo foi publicado na revista Nature Communications.
Os cientistas utilizaram supercondutores feitos dos elementos ítrio, bário, óxido de cobre e oxigênio, ou YBCO, para abreviar, a partir dos quais fabricaram fios com espessura de alguns nanômetros. Quando essas estruturas conduzem corrente elétrica, ocorrem dinâmicas físicas chamadas "deslizamentos de fase". No caso dos nanofios de YBCO, flutuações na densidade de portadores de carga causam variações na supercorrente. Os pesquisadores investigaram os processos nos nanofios em temperaturas abaixo de 20 Kelvin, o que corresponde a menos 253 graus Celsius. Em combinação com cálculos de modelos, eles demonstraram uma quantização dos estados de energia nos nanofios. A temperatura na qual os fios entraram no estado quântico foi encontrada entre 12 e 13 Kelvin — uma temperatura centenas de vezes maior do que a temperatura necessária para os materiais normalmente utilizados. Isso permitiu aos cientistas produzir ressonadores, ou seja, sistemas oscilantes sintonizados em frequências específicas, com tempos de vida muito mais longos e que mantêm os estados mecânicos quânticos por mais tempo. Este é um pré-requisito para o desenvolvimento a longo prazo de computadores quânticos cada vez maiores.
Outros componentes importantes para o desenvolvimento de tecnologias quânticas, mas potencialmente também para diagnósticos médicos, são detectores que podem registrar até mesmo fótons individuais. O grupo de pesquisa de Carsten Schuck na Universidade de Münster vem trabalhando há vários anos no desenvolvimento desses detectores de fótons individuais baseados em supercondutores. O que já funciona bem em baixas temperaturas, cientistas de todo o mundo vêm tentando alcançar com supercondutores de alta temperatura há mais de uma década. Nos nanofios de YBCO usados no estudo, essa tentativa foi bem-sucedida pela primeira vez. "Nossas novas descobertas abrem caminho para novas descrições teóricas e desenvolvimentos tecnológicos verificáveis experimentalmente", afirma o coautor Martin Wolff, do grupo de pesquisa Schuck.
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Horário da publicação: 07/04/2020