Pesquisadores da Universidade de Illinois em Chicago, em colaboração com seus colegas da Universidade de Hamburgo, na Alemanha, ter imaginado uma partícula quântica exótica - chamada de férmion de Majorana - que pode ser usada como um bloco de construção para qubits futuros e, eventualmente, a realização de computadores quânticos. Suas descobertas são relatadas no jornal Avanços da Ciência .

Mais de 50 anos atrás, Gordon Moore, o ex-CEO da Intel, observaram que o número de transistores em um chip de computador dobra a cada 18 a 24 meses. Esta tendência, agora conhecido como Lei de Moore, continua até os dias atuais, levando a transistores com apenas alguns nanômetros - um bilionésimo de metro - de tamanho. Nesta escala, as leis clássicas da física, que formam a base sobre a qual nossos computadores atuais funcionam, cessar de funcionar, e eles são substituídos pelas leis da mecânica quântica. Tornando os transistores ainda menores, que foi usado no passado para aumentar a velocidade de computação e armazenamento de dados, é, Portanto, não é mais possível.

A menos que os pesquisadores possam descobrir como usar a mecânica quântica como a nova base para a próxima geração de computadores.

Esta foi a ideia básica formulada em 1982 por Richard Feynman, um dos físicos teóricos mais influentes do século XX. Em vez de usar bits de computador clássicos que armazenam informações codificadas em zeros e uns, seria possível conceber "bits quânticos" - ou qubits, para abreviar - que utilizariam as leis da mecânica quântica para armazenar qualquer número entre 0 e 1, aumentando exponencialmente a velocidade de computação e levando ao nascimento de computadores quânticos.

"Usualmente, quando você deixa cair seu telefone celular, não apaga as informações do seu telefone, "disse Dirk Morr, professor de física da UIC e autor correspondente no artigo. "Isso porque os chips nos quais as informações são armazenadas em bits de uns e zeros são bastante estáveis. É preciso muita confusão para transformar um um em zero e vice-versa. Em computadores quânticos, Contudo, porque há um número infinito de estados possíveis para o qubit estar, as informações podem ser perdidas com muito mais facilidade. "

Para formar qubits mais robustos e confiáveis, os pesquisadores recorreram aos férmions de Majorana - partículas quânticas que ocorrem apenas aos pares.

"Precisamos apenas de um férmion de Majorana por qubit, e então temos que separá-los uns dos outros, "Morr disse.

Ao construir qubits de um par de férmions de Majorana, as informações podem ser codificadas de forma confiável, contanto que os Majoranas permaneçam suficientemente distantes um do outro.

Para conseguir essa separação, e "imaginar" um único férmion de Majorana, é necessário criar um "supercondutor topológico" - um sistema que pode conduzir correntes sem quaisquer perdas de energia, e ao mesmo tempo, é amarrado em um "nó topológico".

"Este nó topológico é semelhante ao furo em um donut:você pode deformar o donut em uma caneca de café sem perder o furo, mas se você quiser destruir o buraco, você tem que fazer algo bem dramático, como comer o donut, "Morr disse.

Para construir supercondutores topológicos, Os colegas de Morr na Universidade de Hamburgo colocaram uma ilha de átomos de ferro magnético, apenas dezenas de nanômetros de diâmetro, na superfície do rênio, um supercondutor. O grupo de Morr previu que, usando um microscópio de tunelamento, deve-se ser capaz de imaginar um férmion de Majorana como uma linha brilhante ao longo da borda da ilha de átomos de ferro. E foi exatamente isso que o grupo experimental observou.

"Ser capaz de realmente visualizar essas partículas quânticas exóticas nos leva mais um passo mais perto de construir qubits robustos, e, finalmente, computadores quânticos, "Morr disse." O próximo passo será descobrir como podemos fazer a engenharia quântica desses qubits de Majorana em chips quânticos e manipulá-los para obter um aumento exponencial em nosso poder de computação. Isso nos permitirá resolver muitos problemas que enfrentamos hoje, desde o combate ao aquecimento global e previsão de terremotos até o alívio do congestionamento do tráfego por meio de carros sem motorista e a criação de uma rede de energia mais confiável. "