Físicos Anunciam um Avanço na Coerência Quântica em Temperatura Ambiente
A incerteza quântica enfrenta desafios diante da energia térmica. Cientistas no Japão alcançaram um marco ao preservar o estado indeterminado dos spins de elétrons por 100 nanossegundos em temperaturas próximas às de ambientes comuns. Esse feito foi possível através da organização estratégica de moléculas que absorvem luz.
Essa descoberta é um avanço significativo para a tecnologia quântica, permitindo operações sem a necessidade de sistemas de resfriamento complexos e dispendiosos, atualmente essenciais para manter as partículas em um estado chamado de ‘coerente’.
Diferente da forma como descrevemos objetos no dia a dia, com características como cor, posição, velocidade e rotação, a mecânica quântica lida com descrições mais incertas. Os objetos em análise quântica são considerados em um estado de sobreposição, espalhados em uma área, girando em várias direções até que suas propriedades sejam definidas por meio da observação.
Esses estados potenciais, conhecidos como superposições, oferecem um leque de possibilidades matemáticas para engenheiros e cientistas. Eles podem ser aplicados em computação avançada, criptografia de comunicações seguras e em ferramentas de medição e imagem extremamente sensíveis.
No entanto, qualquer interação com o ambiente altera esses estados quânticos. Nos computadores quânticos, o emaranhamento de partículas ajusta suas superposições, enquanto os sensores quânticos utilizam interações entre superposições e o ambiente para medições precisas.
Aumentar a temperatura introduz vibrações atômicas e radiação eletromagnética, que podem perturbar o delicado estado quântico, reduzindo-o a um estado eletrônico comum e menos interessante.
Equipamentos de resfriamento, muitas vezes envolvendo líquidos extremamente frios, são normalmente usados para mitigar esse problema. Contudo, o objetivo final para físicos quânticos é desenvolver métodos que permitam operações eficientes em temperaturas mais elevadas.
Preservar estados quânticos em superposição já foi realizado anteriormente em estruturas baseadas em metais. A inovação mais recente envolve um novo tipo de material conhecido como estrutura metal-orgânica (MOF). Dentro desta estrutura, foram embutidas moléculas chamadas cromóforos, que absorvem e emitem luz.
“O MOF utilizado aqui é único na sua capacidade de acumular densamente cromóforos. Os nanoporos dentro do cristal limitam a rotação desses cromóforos a um ângulo mínimo”, explica Nobuhiro Yanai, físico da Universidade de Kyushu.
Nesses cromóforos, pares de elétrons com spins correspondentes são induzidos a um estado de superposição. Embora esse fenômeno tenha sido extensivamente estudado na pesquisa de células solares, sua aplicação em sensoriamento quântico representa um novo campo de exploração.
Em um experimento conduzido por Yanai, sua equipe utilizou micro-ondas para observar os elétrons em seus estados alterados, confirmando sua coerência em um estado de superposição por aproximadamente 100 nanossegundos em temperatura ambiente. Este período, embora já impressionante, tem potencial para ser ampliado com ajustes adicionais.
Yanai acredita que “Isso abre a possibilidade para a computação quântica molecular em temperatura ambiente, utilizando múltiplos portões quânticos, e para o sensoriamento quântico de diversos compostos”. [Science Alert]
