As imagens esquemáticas mostram os elétrons (linhas onduladas amarelas à esquerda) como ondas quânticas. Na imagem superior, a onda mantém sua forma conforme passa pelo "semáforo". Na imagem abaixo, a onda é interrompida pela luz. As deformações semelhantes a montículos abaixo das ondas representam o tremor dos átomos. Crédito:University at Buffalo
Pare! Em nome da ciência quântica e da engenharia.
O conhecido refrão se refere a uma nova conquista na tecnologia quântica, um campo emergente de pesquisa que busca aproveitar as propriedades únicas de átomos e partículas subatômicas.
Uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Buffalo desenvolveu um "semáforo" que pode interromper as ondas quânticas. O avanço pode ser a chave para aproveitar o potencial do mundo atômico, eventualmente levando a avanços na computação, Medicina, criptografia, ciência dos materiais e outras aplicações.
“É uma área de pesquisa de imensa importância, "diz o engenheiro elétrico da UB Jon Bird, Ph.D., co-autor principal de um estudo publicado recentemente na revista Cartas de revisão física que descreve o trabalho acima mencionado.
Bird é professor e catedrático do Departamento de Engenharia Elétrica da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da UB. Jong Han, Ph.D., professor de física na Faculdade de Artes e Ciências, é o co-autor principal do artigo.
Autores adicionais vêm dos laboratórios de Bird e Han, bem como o Center for Integrated Nanotechnologies at Sandia National Laboratories, e o Instituto Coreano de Estudos Avançados.
O mistério dos elétrons
Embora os elétrons sejam bem conhecidos das crianças em idade escolar, pesquisadores ainda estão tentando entender por que essas partículas subatômicas se comportam dessa maneira, bem como encontrar novas maneiras de manipulá-los.
No estudo, a equipe "usou os próprios átomos que compõem a estrutura cristalina dos materiais semicondutores que estudamos para impedir a passagem de elétrons, ou para permitir que eles passem livremente, essencialmente fazendo um 'semáforo' para essas partículas quânticas. Fazemos isso 'sacudindo' esses átomos controladamente, por meio da aplicação de pequenos sinais elétricos em nossos dispositivos, "diz Bird.
A imagem esquemática mostra elétrons (linhas onduladas amarelas à esquerda) como ondas quânticas interrompidas pelo "semáforo". As deformações semelhantes a montículos abaixo das ondas representam o tremor dos átomos. Crédito:University at Buffalo
Os pesquisadores isolaram um nanocondutor especialmente construído em uma temperatura extremamente fria - 273 graus Celsius negativos. Sob tais condições, neste dispositivo ultrapequeno, elétrons exibem uma natureza ondulatória.
Em outras palavras, eles se comportam mais como ondulações na superfície de um lago em oposição a partículas pontuais, que são frequentemente descritos como objetos semelhantes a bolas de bilhar que se movem em linhas retas.
"Muito parecido com a luz, ou ondas no oceano, essas ondas quânticas podem se comportar de maneiras que não esperamos para as partículas. Eles podem dobrar nos cantos, por exemplo, e o desafio é desenvolver técnicas para controlar, ou dirige, eles, "diz Han.
No estudo, os pesquisadores do UB conseguiram isso aplicando uma pequena quantidade de voltagem ao condutor, permitindo assim que sacudam seus átomos de uma forma controlável. Como os átomos foram feitos para tremer mais fortemente, eles forneceram uma maior fonte de resistência às ondas quânticas, que bloqueou as ondas de passarem pelo condutor.
"Isso é o que chamamos de contato de ponto quântico. Você pode pensar nisso como um semáforo. Só que, em vez de parar automóveis em um cruzamento, demonstramos a capacidade de controlar a transmissão de ondas de elétrons em um sistema confinado, agitando externamente os átomos nesse sistema, "diz Han.
Computadores muito mais poderosos
A capacidade de controlar partículas subatômicas, como elétrons e fótons, é a chave para o desenvolvimento de tecnologias quânticas, especialmente computadores quânticos.
Computadores tradicionais processam informações, ou bits, em código binário, o que significa que eles armazenam dados e realizam cálculos atribuindo valores de "um" ou "zero". Computadores quânticos, que estão sendo desenvolvidos pela IBM, Google e outras empresas, trabalhe com "qubits" que podem representar uns e zeros ao mesmo tempo.
Em teoria, essa abordagem pode levar a computadores muito mais poderosos do que os que existem hoje. Por sua vez, isso criaria grandes vantagens econômicas e de segurança nacional.
A pesquisa conduzida pelo UB fornece uma implementação de nível básico das técnicas que são necessárias para controlar as ondas quânticas em escala microscópica, tornando esses avanços tecnológicos uma possibilidade, Bird diz.
