O desenvolvimento de um computador quântico que possa resolver problemas, que os computadores clássicos só conseguem resolver com grande esforço ou não conseguem resolver – este é o objetivo atualmente perseguido por um número cada vez maior de equipas de investigação em todo o mundo. O motivo: os efeitos quânticos, que se originam no mundo das menores partículas e estruturas, permitem muitas novas aplicações tecnológicas. Os chamados supercondutores, que permitem processar informações e sinais de acordo com as leis da mecânica quântica, são considerados componentes promissores para a realização de computadores quânticos. Um ponto crítico das nanoestruturas supercondutoras, entretanto, é que elas só funcionam em temperaturas muito baixas e, portanto, são difíceis de serem colocadas em aplicações práticas. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Pesquisadores da Universidade de Münster e do Forschungszentrum Jülich demonstraram agora, 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 poderiam ser usados para codificar informações. Nos supercondutores de alta temperatura, os pesquisadores também puderam observar pela primeira vez a absorção de um único fóton, partícula de luz que serve para transmitir informações.
“Por um lado, os nossos resultados podem contribuir para a utilização de tecnologia de arrefecimento consideravelmente simplificada em tecnologias quânticas no futuro e, por outro lado, oferecem-nos conhecimentos completamente novos sobre os processos que governam os estados supercondutores e a sua dinâmica, que ainda são não compreendido”, enfatiza o líder do estudo, Jun. Prof. Carsten Schuck, do Instituto de Física da Universidade de Münster. Os resultados podem, portanto, ser relevantes para o desenvolvimento de novos tipos de tecnologia informática. O estudo foi publicado na revista Nature Communications.
Os cientistas usaram supercondutores feitos dos elementos ítrio, bário, óxido de cobre e oxigênio, ou YBCO, para abreviar, a partir dos quais fabricaram alguns fios finos nanômetros. Quando essas estruturas conduzem corrente elétrica, ocorrem dinâmicas físicas chamadas 'deslizamentos de fase'. No caso dos nanofios YBCO, flutuações na densidade do portador de carga causam variações na supercorrente. Os pesquisadores investigaram os processos nos nanofios em temperaturas abaixo de 20 Kelvin, o que corresponde a 253 graus Celsius negativos. Em combinação com cálculos de modelo, 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 superior à temperatura exigida para os materiais normalmente utilizados. Isto permitiu aos cientistas produzir ressonadores, ou seja, sistemas oscilantes sintonizados em frequências específicas, com tempos de vida muito mais longos e manter os estados da mecânica quântica 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 os detectores que podem registar até fotões únicos. O grupo de pesquisa de Carsten Schuck na Universidade de Münster trabalha há vários anos no desenvolvimento de detectores de fóton único baseados em supercondutores. O que já funciona bem em baixas temperaturas, cientistas de todo o mundo vêm tentando conseguir com supercondutores de alta temperatura há mais de uma década. Nos nanofios YBCO usados para o estudo, esta tentativa foi bem-sucedida pela primeira vez. “Nossas novas descobertas abrem caminho para novas descrições teóricas e desenvolvimentos tecnológicos experimentalmente verificáveis”, diz o coautor Martin Wolff, do grupo de pesquisa Schuck.
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Horário da postagem: 07 de abril de 2020