Se pudermos aproveitá-lo, a tecnologia quântica promete novas possibilidades fantásticas. Mas primeiro, os cientistas precisam persuadir os sistemas quânticos a permanecerem presos por mais do que alguns milionésimos de segundo.

Uma equipe de cientistas da Escola Pritzker de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago anunciou a descoberta de uma modificação simples que permite que os sistemas quânticos permaneçam operacionais - ou "coerentes" - 10, 000 vezes mais do que antes. Embora os cientistas tenham testado sua técnica em uma classe particular de sistemas quânticos chamados qubits de estado sólido, eles acham que deveria ser aplicável a muitos outros tipos de sistemas quânticos e poderia, assim, revolucionar a comunicação quântica, computação e detecção.

O estudo foi publicado em 13 de agosto em Ciência .

"Esta descoberta estabelece as bases para novos e estimulantes caminhos de pesquisa na ciência quântica, "disse o autor principal do estudo, David Awschalom, o Professor da Família Liew em Engenharia Molecular, cientista sênior do Argonne National Laboratory e diretor do Chicago Quantum Exchange. "A ampla aplicabilidade desta descoberta, juntamente com uma implementação extremamente simples, permite que esta coerência robusta tenha impacto em muitos aspectos da engenharia quântica. Permite novas oportunidades de pesquisa antes consideradas impraticáveis. "

Abaixo ao nível dos átomos, o mundo opera de acordo com as regras da mecânica quântica - muito diferente do que vemos ao nosso redor em nossa vida diária. Essas regras diferentes podem se traduzir em tecnologia como redes virtualmente intransponíveis ou computadores extremamente poderosos; o Departamento de Energia dos EUA divulgou um projeto para a futura internet quântica em um evento em UChicago em 23 de julho. Mas os desafios fundamentais da engenharia permanecem:os estados quânticos precisam de um ambiente extremamente silencioso, espaço estável para operar, porque são facilmente perturbados pelo ruído de fundo proveniente de vibrações, mudanças de temperatura ou campos eletromagnéticos dispersos.

Assim, os cientistas tentam encontrar maneiras de manter o sistema coerente o máximo possível. Uma abordagem comum é isolar fisicamente o sistema do ambiente barulhento, mas isso pode ser pesado e complexo. Outra técnica envolve fazer todos os materiais o mais puros possível, o que pode ser caro. Os cientistas da UChicago tomaram uma atitude diferente.

"Com esta abordagem, não tentamos eliminar o ruído nas redondezas; em vez de, nós "enganamos" o sistema fazendo-o pensar que não experimenta o ruído, "disse o pesquisador de pós-doutorado Kevin Miao, o primeiro autor do artigo.

Em conjunto com os pulsos eletromagnéticos usuais usados ​​para controlar sistemas quânticos, a equipe aplicou um campo magnético alternativo contínuo adicional. Ao ajustar precisamente este campo, os cientistas podiam girar rapidamente os spins do elétron e permitir que o sistema "desligasse" o resto do ruído.

"Para ter uma noção do princípio, é como sentar em um carrossel com pessoas gritando ao seu redor, "Miao explicou." Quando o passeio está parado, você pode ouvi-los perfeitamente, mas se você estiver girando rapidamente, o ruído se transforma em um fundo. "

Essa pequena mudança permitiu que o sistema permanecesse coerente por até 22 milissegundos, quatro ordens de magnitude mais altas do que sem a modificação - e muito mais tempo do que qualquer sistema de spin eletrônico relatado anteriormente. (Para comparação, um piscar de olhos leva cerca de 350 milissegundos). O sistema é capaz de desligar quase completamente algumas formas de flutuações de temperatura, vibrações físicas, e ruído eletromagnético, todos os quais geralmente destroem a coerência quântica.

A solução simples pode desbloquear descobertas em praticamente todas as áreas da tecnologia quântica, disseram os cientistas.

"Esta abordagem cria um caminho para a escalabilidade, "disse Awschalom." Isso deve tornar prático o armazenamento de informações quânticas no spin do elétron. Os tempos de armazenamento estendidos permitirão operações mais complexas em computadores quânticos e permitir que as informações quânticas transmitidas de dispositivos baseados em spin viajem por distâncias mais longas em redes. "

Embora seus testes tenham sido executados em um sistema quântico de estado sólido usando carboneto de silício, os cientistas acreditam que a técnica deve ter efeitos semelhantes em outros tipos de sistemas quânticos, como bits quânticos supercondutores e sistemas quânticos moleculares. Este nível de versatilidade é incomum para uma inovação de engenharia.

"Existem muitos candidatos à tecnologia quântica que foram deixados de lado porque não conseguiam manter a coerência quântica por longos períodos de tempo, "Miao disse." Isso poderia ser reavaliado agora que temos essa maneira de melhorar maciçamente a coerência.

"A melhor parte é, é incrivelmente fácil de fazer, "acrescentou." A ciência por trás disso é intrincada, mas a logística de adicionar um campo magnético alternado é muito simples. "