Os pesquisadores da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura (SUTD) descobriram como o ambiente pode impactar comportamentos quânticos altamente sensíveis, como a localização. Suas descobertas, publicado em Caos , pode levar a futuras inovações no projeto de materiais supercondutores e dispositivos quânticos, incluindo sensores superprecisos.

Tecnologia quântica, em particular sensor quântico, promete medir e capturar nosso mundo em níveis de precisão nunca antes possíveis. Essa precisão tem diversas aplicações, de imagens médicas mais rápidas e sensíveis ao tempo de registro em negociações de mercado de alta frequência, e até mesmo o desenvolvimento de sensores que podem determinar se o solo abaixo de nós é de rocha sólida ou um reservatório natural de óleo e gás.

Mesmo assim, com todo o seu potencial teórico, um desafio prático considerável permanece ao produzir dispositivos de medição quântica:controlar como eles respondem ao ambiente. Dispositivos reais são extremamente sensíveis ao ruído, o que, na melhor das hipóteses, reduz seu nível de precisão e, na pior, leva a níveis inaceitáveis ​​de erro. Quando se trata de criar sensores ultraprecisos, tal ruído pode sobrecarregar quaisquer sinais úteis.

Compreender como os dispositivos quânticos respondem ao ruído ajudaria os pesquisadores a encontrar novas maneiras de protegê-los do ruído, tornando novas tecnologias de medição e detecção mais viáveis. Além de aumentar sua precisão, os pesquisadores podem até ser capazes de dar novas propriedades aos dispositivos quânticos. "Se você pudesse ajustar a quantidade de ruído que esses dispositivos experimentam, você pode fazê-los funcionar de maneira muito diferente e obter um dispositivo ainda mais interessante, "explicou o professor associado Dario Poletti da SUTD, quem conduziu o estudo.

Por exemplo, os cientistas sabem há décadas que a desordem em um sistema pode causar um fenômeno chamado localização, onde um sistema fica 'preso' ao seu estado inicial. Por outro lado, quando as partículas em um sistema interagem fortemente entre si, existe a possibilidade de que eles possam se "soltar", ' isso é, deslocalizado.

Para estudar este cabo de guerra entre desordem e interação, Poletti e Ph.D. o estudante Xiansong Xu acrescentou uma terceira variável:o meio ambiente. Começando com um modelo teórico conhecido como cadeia de spin XXZ, os pesquisadores mostraram que o ambiente pode ter efeitos contrastantes na localização, dependendo da força da desordem e da interação no sistema.

Executar cálculos numéricos no modelo, os pesquisadores descobriram que colocar o sistema em contato com um ambiente dissipativo, como um banho de fótons, o empurrou para a deslocalização e o tornou mais móvel, fluido e uniforme, como água.

Mais importante, eles também descobriram que, embora os sistemas de interação fraca e forte ainda mostrassem sinais de localização, os tipos de localização eram surpreendentemente diferentes:um mais granulado e preso, como areia, e o outro, mais uniforme enquanto ainda está preso, como gelo.

Esta descoberta teórica sugere que as propriedades de certos materiais podem ser ajustadas por meio de mudanças no ambiente externo. Por exemplo, os pesquisadores podem ser capazes de transformar um material de um isolador em um condutor, iluminando-o - ou transformar o material de um tipo de isolante em outro, com aplicações que vão além das tecnologias quânticas para a ciência dos materiais e nanoeletrônica.

"Já existem dispositivos quânticos por aí, e provavelmente veremos mais e mais deles, "Poletti disse." Os dispositivos nunca são realmente isolados de seus ambientes, portanto, gostaríamos de entender melhor como eles podem trabalhar em conjunto com o meio ambiente. "

"Agora, a missão é cavar mais fundo e procurar diferentes sistemas, ou vá para materiais reais e veja o que mais pode acontecer lá, "acrescentou." Este tipo de pesquisa é feito ao longo de muitos anos. Estamos tentando construir conhecimentos e ferramentas fundamentais para que, eventualmente, a indústria pode assumir. "