Pesquisadores descobrem nova propriedade fundamental da mecânica quântica

Por , em 11.01.2016

Nanotecnólogos do instituto de pesquisa MESA +, da Universidade de Twente, na Holanda, descobriram uma nova propriedade fundamental de correntes elétricas em circuitos de metal muito pequenos. Eles demonstraram como os elétrons podem se espalhar sobre o circuito como ondas e causar efeitos de interferência em lugares onde não há corrente elétrica alguma sendo conduzida. Os resultados foram publicados na revista britânica “Scientific Reports”, da “Nature.”

Conforme explica o portal Phys.org, a geometria do circuito desempenha um papel fundamental neste chamado “efeito não local”, sendo que a interferência é uma consequência direta do caráter de onda mecânica quântica dos elétrons e da geometria específica do circuito. Este é um efeito que deve ser levado em conta por designers de computadores quânticos.

A interferência é um fenômeno comum na natureza e ocorre quando uma ou mais ondas que estão se propagando interagem de forma coerente. A interferência de ondas de som, luz ou água é bem conhecida, mas os portadores de corrente elétrica – elétrons – também podem interferir. Isso mostra que os elétrons também devem ser considerados como ondas, ao menos em circuitos de nanoescala a temperaturas extremamente baixas: um exemplo canônico da dualidade partícula-onda da mecânica quântica.

Anel de ouro

Os pesquisadores demonstraram a interferência eletrônica em um anel de ouro com um diâmetro de apenas 500 nanômetros (um nanômetro é um milhão de vezes menor que um milímetro). Um dos lados do anel foi conectado a um fio através do qual uma corrente eléctrica pode ser conduzida. No outro lado, o anel foi conectado a um fio com um voltímetro ligado a ele. Quando uma corrente era aplicada, e um campo magnético variável era enviado através do anel, os investigadores detectaram a interferência de elétrons no outro lado do anel, embora nenhuma corrente líquida fluísse através dele.

Isso mostra que as ondas de elétrons podem “vazar” para o anel e alterar as propriedades elétricas em outras partes do circuito, mesmo quando, tradicionalmente, não se espera que nada aconteça. Embora o anel de ouro seja difusor (o que significa que o percurso livre médio do elétron é muito menor do que o anel), o efeito foi surpreendentemente nítido.

Processamento de informação quântica

O resultado do experimento é uma consequência direta do fato de que as equações quânticas de movimento são não locais. A capacidade intuitiva de objetos saberem instantaneamente sobre o estado de outro, mesmo quando separados por grandes distâncias, é outro tipo de não localidade. Einstein referiu-se a este fato como “ação fantasmagórica à distância”.

Os resultados da equipe de Twente ajudam a compreender melhor o primeiro tipo de não localidade, chamada de não localidade dinâmica, que desempenha um papel fundamental em todas as experiências de interferência quântica. Sabe-se que a interferência quântica é afetada por decoerência (em que o ambiente físico provoca a perda de memória de fase) e através da remoção da não localidade dinâmica, portanto, destruindo o padrão de interferência.

Agora, o novo estudo mostrou uma nova maneira de afetar a não localidade dinâmica – ou seja, a geometria do circuito. Entender esse efeito fundamental é importante para o futuro processamento de informação quântica, como na criação de um computador quântico. [Phys.org, Scientific Reports]

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