p A eletrônica depende do movimento de elétrons carregados negativamente. Os físicos se esforçam para entender as forças que empurram essas partículas em movimento, com o objetivo de aproveitar seu poder em novas tecnologias. Computadores quânticos, por exemplo, empregar uma frota de elétrons precisamente controlados para assumir tarefas computacionais de Golias. Recentemente, pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade de Pós-Graduação (OIST) de Okinawa demonstraram como as microondas interferem nos movimentos dos elétrons. As descobertas podem contribuir para o futuro da tecnologia de computação quântica. p As operações lógicas de computadores normais são baseadas em zeros e uns, e esse código binário limita o volume e o tipo de informação que as máquinas podem processar. Partículas subatômicas podem existir em mais de dois estados discretos, assim, os computadores quânticos aproveitam os elétrons para processar dados complexos e executar funções na velocidade do chicote. Para manter os elétrons no limbo para experimentos, os cientistas capturam as partículas e as expõem a forças que alteram seu comportamento.

p No novo estudo, publicado em 18 de dezembro, 2018 em Revisão Física B , Os pesquisadores do OIST aprisionaram elétrons em um ambiente frígido, câmara selada a vácuo e submetida a microondas. As partículas e a luz alteravam o movimento umas das outras e trocavam energia, o que sugere que o sistema selado poderia ser usado para armazenar informações quânticas - um microchip do futuro.

p "Este é um pequeno passo em direção a um projeto que requer muito mais pesquisas - a criação de novos estados de elétrons para fins de computação quântica e armazenamento de informações quânticas, "disse Jiabao Chen, primeiro autor do artigo e um estudante de pós-graduação na unidade OIST Quantum Dynamics, liderado pelo Prof. Denis Konstantinov.

p Envio de elétrons girando

p Luz, composto de rápido, campos elétricos e magnéticos oscilantes podem empurrar matéria carregada que encontra no ambiente. Se a luz vibra na mesma frequência que os elétrons que encontra, a luz e as partículas podem trocar energia e informações. Quando isso ocorrer, o movimento da luz e dos elétrons é "acoplado". Se a troca de energia ocorre mais rapidamente do que outras interações luz-matéria no ambiente, o movimento é "fortemente acoplado". Aqui, os cientistas se propuseram a atingir um estado fortemente acoplado usando microondas.

p "Alcançar um forte acoplamento é um passo importante para o controle da mecânica quântica sobre as partículas que usam luz, "disse Chen." Isso pode ser importante se quisermos gerar algum estado não-clássico da matéria. "

p Para observar o forte acoplamento com clareza, ajuda a isolar elétrons de ruídos enganosos em seu ambiente, que surge quando os elétrons colidem com matéria próxima ou interagem com o calor. Os cientistas estudaram o impacto das microondas nos elétrons nas interfaces de semicondutores nas quais um semicondutor encontra um isolador, confinando assim o movimento dos elétrons a um plano. Mas os semicondutores contêm impurezas que impedem o movimento natural dos elétrons.

p Nenhum material é completamente isento de defeitos, então a Quantum Dynamics Unit opta por uma solução alternativa - isolar seus elétrons em câmaras frígidas seladas a vácuo equipadas com dois espelhos de metal que refletem as microondas.

p As câmaras, pequenos recipientes cilíndricos chamados células, cada um contém um reservatório de hélio líquido mantido a uma temperatura próxima do zero absoluto. O hélio permanece líquido nesta temperatura extrema, mas quaisquer impurezas flutuando dentro da substância congelam e grudam nas laterais da célula. Os elétrons se ligam à superfície do hélio, efetivamente formando uma folha bidimensional. Os pesquisadores podem então expor os elétrons em espera à radiação eletromagnética, como microondas, capturando a luz entre os dois espelhos dentro da célula.

p Esse sistema relativamente simples revelou a influência das microondas na rotação dos elétrons - um efeito que era invisível nos semicondutores.

p "Em nossa configuração, podemos determinar o curso dos fenômenos físicos de forma mais clara, "disse o Dr. Oleksiy Zadorozhko, autor do artigo e pós-doutorado na Quantum Dynamics Unit. "Descobrimos que as microondas tiveram uma influência significativa no movimento dos elétrons."

p Potencializando a Computação Quântica

p Os físicos descreveram suas descobertas matematicamente e descobriram que as flutuações na velocidade, a localização ou carga geral de elétrons individuais teve pouca influência sobre os fortes efeitos de acoplamento. Em vez de, o movimento médio de partículas e microondas, em massa, pareceu desencadear uma troca de energia e informação entre eles.

p Os pesquisadores esperam que, no futuro, o sistema de hélio líquido lhes dará controle preciso sobre os elétrons, permitindo assim que eles leiam, escrever e processar informações quânticas de maneira semelhante à forma como armazenamos dados padrão em um disco rígido. Com melhor compreensão deste sistema, a Unidade Quantum Dynamics visa melhorar o padrão da indústria para qubits - bits de informação quântica. Seus esforços podem levar ao desenvolvimento de tecnologias quânticas mais poderosas.