O emaranhamento quântico é um dos fenômenos mais fundamentais e intrigantes da natureza. Pesquisas recentes sobre emaranhamento provaram ser um recurso valioso para comunicação quântica e processamento de informações. Agora, cientistas do Japão descobriram um estado quântico emaranhado estável de dois prótons em uma superfície de silício, abrindo portas para uma união orgânica de plataformas de computação quântica e clássica e potencialmente fortalecendo o futuro da tecnologia quântica.

Um dos fenômenos mais interessantes da mecânica quântica é o "emaranhamento quântico". Este fenômeno descreve como certas partículas estão inextricavelmente ligadas, de modo que seus estados só podem ser descritos com referência um ao outro. Essa interação de partículas também forma a base da computação quântica. E é por isso, nos últimos anos, os físicos têm procurado técnicas para gerar emaranhamento. Contudo, essas técnicas enfrentam uma série de obstáculos de engenharia, incluindo limitações na criação de grande número de "qubits" (bits quânticos, a unidade básica de informação quântica), a necessidade de manter temperaturas extremamente baixas ( <1 K), e o uso de materiais ultrapuros. As superfícies ou interfaces são cruciais na formação do emaranhamento quântico. Infelizmente, elétrons confinados a superfícies são propensos a "decoerência, "uma condição em que não há uma relação de fase definida entre os dois estados distintos. Assim, para obter estabilidade, qubits coerentes, os estados de spin dos átomos da superfície (ou equivalentemente, prótons) devem ser determinados.

Recentemente, uma equipe de cientistas no Japão, incluindo o Prof. Takahiro Matsumoto da Universidade da Cidade de Nagoya, Prof. Hidehiko Sugimoto da Chuo University, Dr. Takashi Ohhara da Agência de Energia Atômica do Japão, e Dr. Susumu Ikeda da Organização de Pesquisa do Acelerador de Alta Energia, reconheceu a necessidade de qubits estáveis. Olhando para os estados de rotação da superfície, os cientistas descobriram um par de prótons emaranhados na superfície de um nanocristal de silício.

Prof. Matsumoto, o cientista principal, descreve a importância de seu estudo:"O emaranhamento de prótons foi observado anteriormente no hidrogênio molecular e desempenha um papel importante em uma variedade de disciplinas científicas. No entanto, o estado emaranhado foi encontrado apenas nas fases gasosa ou líquida. Agora, detectamos emaranhamento quântico em uma superfície sólida, que pode lançar as bases para futuras tecnologias quânticas. "Seu estudo pioneiro foi publicado em uma edição recente da Revisão Física B .

Os cientistas estudaram os estados de spin usando uma técnica conhecida como "espectroscopia de espalhamento de nêutrons inelástica" para determinar a natureza das vibrações da superfície. Modelando esses átomos de superfície como "osciladores harmônicos, "eles mostraram anti-simetria de prótons. Uma vez que os prótons eram idênticos (ou indistinguíveis), o modelo do oscilador restringiu seus possíveis estados de spin, resultando em forte emaranhamento. Comparado ao emaranhamento de prótons no hidrogênio molecular, o emaranhamento abrigava uma enorme diferença de energia entre seus estados, garantindo sua longevidade e estabilidade. Adicionalmente, os cientistas teoricamente demonstraram uma transição em cascata de pares de fótons emaranhados em terahertz usando o emaranhamento de prótons.

A confluência de qubits de prótons com a tecnologia contemporânea de silício pode resultar em uma união orgânica de plataformas de computação quântica e clássica, permitindo um número muito maior de qubits (10 ⁶ ) do que atualmente disponível (10 ² ), e processamento ultrarrápido para novas aplicações de supercomputação. "Computadores quânticos podem lidar com problemas intrincados, como a fatoração de inteiros e o 'problema do caixeiro-viajante, 'que são virtualmente impossíveis de resolver com supercomputadores tradicionais. Isso pode ser um divisor de águas na computação quântica no que diz respeito ao armazenamento, em processamento, e transferência de dados, potencialmente até levando a uma mudança de paradigma em produtos farmacêuticos, segurança de dados, e muitas outras áreas, "conclui o otimista Prof. Matsumoto.

Podemos estar prestes a testemunhar uma revolução tecnológica na computação quântica.