p Quando se trata de compreender totalmente os segredos ocultos dos materiais quânticos, é preciso um para conhecer um, cientistas dizem:somente ferramentas que também operam em princípios quânticos podem nos levar lá. p Um novo centro de pesquisa do Departamento de Energia se concentrará no desenvolvimento dessas ferramentas. Baseado na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, o Center for Quantum Sensing and Quantum Materials reúne especialistas da UIUC, SLAC National Accelerator Laboratory do DOE, Stanford University e University of Illinois-Chicago.

p Eles trabalharão no desenvolvimento de três dispositivos de detecção quântica de ponta:um microscópio de varredura qubit, um instrumento de espectroscopia que aproveita pares de elétrons emaranhados e outro instrumento que sondará materiais com pares de fótons do laser de elétrons livres de raios-X do SLAC, a fonte de luz coerente Linac, que foi reaberto recentemente após uma atualização.

p Essas novas técnicas permitirão aos pesquisadores ver com muito mais detalhes por que os materiais quânticos fazem as coisas estranhas que fazem, pavimentando o caminho para a descoberta de novos materiais quânticos e a invenção de sondas ainda mais sensíveis de seu comportamento.

p O trabalho se concentrará na compreensão dos processos de nível atômico por trás de supercondutores não convencionais que conduzem eletricidade sem resistência em temperaturas relativamente altas; isolantes topológicos, que carregam corrente sem perda ao longo de suas bordas; e metais estranhos, que superconduzem quando resfriados, mas têm propriedades estranhas em temperaturas mais altas.

p "O que é empolgante é que este centro nos dá a chance de criar algumas técnicas de medição quântica realmente novas para estudar materiais quânticos relevantes em energia, "diretor do centro Peter Abbamonte, um professor de física da UIUC, disse em um comunicado de imprensa.

p "Muitas vezes ficamos presos no ciclo de usar as mesmas medições antigas - não porque não precisamos de novos tipos de informação ou conhecimento, mas como o desenvolvimento de técnicas é caro e demorado, "Abbamonte disse. O novo centro, ele disse, permitirá que os cientistas expandam os limites da medição quântica ao lidar com problemas maiores.

p Estados exóticos emaranhados

p Os materiais quânticos recebem esse nome pelo fato de que suas propriedades exóticas derivam do comportamento cooperativo de elétrons e outros fenômenos que obedecem às regras da mecânica quântica, em vez das conhecidas leis newtonianas da física que governam nosso mundo cotidiano. Esses materiais podem eventualmente ter um grande impacto nas tecnologias de energia do futuro - por exemplo, permitindo que as pessoas transmitam energia sem praticamente nenhuma perda em longas distâncias e tornando o transporte muito mais eficiente em termos de energia.

p Mas um material quântico pode conter uma mistura confusa de exóticos, estados de matéria sobrepostos que são difíceis de resolver com ferramentas convencionais.

p "No mundo quântico tudo fica emaranhado, então os limites de um objeto começam a se sobrepor aos limites de outro, "disse o professor Thomas Devereaux do SLAC, um dos seis pesquisadores SLAC e Stanford que colaboram no novo centro. "Estaremos investigando esse emaranhamento usando várias ferramentas e técnicas."

p Sensores quânticos não são novidade. Eles incluem dispositivos de interferência quântica supercondutores, ou SQUIDs, inventado há meio século para detectar campos magnéticos extremamente pequenos, e sensores de borda de transição supercondutores, que incorporam SQUIDS para detectar sinais primorosamente pequenos em astronomia, não proliferação nuclear, análise de materiais e defesa da pátria.

p Em um nível básico, eles operam colocando o sensor em um estado quântico conhecido e permitindo que ele interaja com o objeto de interesse. A interação muda o estado do sistema quântico, e medir o novo estado do sistema revela informações sobre o objeto que não poderiam ser obtidas com abordagens convencionais.

p Qubits em uma dica

p Em uma das tecnologias em desenvolvimento, o microscópio de varredura qubit, o sensor quântico consistiria em um ou mais qubits colocados na ponta de uma sonda e movidos sobre a superfície de um material. Um qubit é uma unidade básica de informação quântica, como os bits da memória do computador comum que oscilam entre zero e 1. Mas um qubit existe como uma superposição de estados zero e 1 ao mesmo tempo. O qubit do scanner pode consistir em um único átomo de hidrogênio, por exemplo, com o spin de seu único elétron existindo simultaneamente como para cima, para baixo e todos os estados possíveis entre eles.

p "Você pode tentar emaranhar o sensor qubit com o estado quântico do material que está estudando para que possa realmente sentir o emaranhamento dos estados quânticos dentro do material, "disse Kathryn Moler, Vice-reitor e reitor de pesquisa de Stanford. "Se pudermos fazer isso, vai ser muito legal. "