Este chip quântico permite se comunicar com o nada

Ao contemplarmos um espaço vazio, nossa mente muitas vezes imagina um vácuo desprovido de qualquer existência ou acontecimento, mas um chip quântico pode mudar isso.

Quando exploramos escalas de comprimento onde os efeitos quânticos ganham destaque, nas dimensões das moléculas e átomos, o que inicialmente parece vazio se revela repleto de atividade eletromagnética.

Nesse cenário, surgem e desaparecem fótons virtuais, dando origem ao intrigante fenômeno conhecido como campo de flutuação do vácuo, ou simplesmente vácuo quântico.

Apesar da perfeição aparente desse vácuo, sua verdadeira natureza é revelada quando adentramos o reino das escalas quânticas. Aqui, pequenas flutuações de energia luminosa desafiam a noção de vazio.

No entanto, devido à sua brevidade temporal e dimensões mínimas, interagir com essas flutuações se torna uma tarefa desafiadora. Assim, complica os experimentos que buscam demonstrar a criação de matéria e antimatéria a partir desse aparente “nada”.

Mas agora, surge uma mudança iminente. Kazuyuki Kuroyama e sua equipe da Universidade de Tóquio, no Japão, alcançaram um feito notável ao criar um sistema híbrido em nanoescala capaz de interagir com as partículas virtuais do vácuo quântico.

Via Inovação Tecnológica

Esse dispositivo único e integrado apresenta um ponto quântico conectando um ressonador de anel dividido a um sistema eletrônico bidimensional.

Assim, o ressonador de anel dividido, um arco metálico quadrado com uma pequena lacuna, demonstra uma resposta mais intensa ao ser estimulado por frequências ressonantes específicas de radiação eletromagnética na faixa terahertz.

Inicialmente, medições ópticas convencionais exigiam matrizes com vários desses ressonadores.

No entanto, Kuroyama conseguiu detectar um acoplamento ultraforte usando um único ressonador conectado a um gás de elétrons 2D.

Estes elétrons, dispostos bidimensionalmente na interface de semicondutores como arsenietos de alumínio e gálio (AlGaAs e GaAs), prometem abrir novas possibilidades na manipulação e interação com o intrigante mundo do vácuo quântico.

Interações com as flutuações do vácuo

Ao confinar ondas eletromagnéticas e elétrons em uma nanoestrutura semicondutora, uma interação notavelmente intensa emerge, gerando um estado quântico híbrido que incorpora propriedades tanto de luz quanto de partículas.

Nesse estado superfortemente acoplado, as flutuações do campo eletromagnético do vácuo modulam o estado quântico do material, permitindo uma interação direta com suas partículas virtuais.

Kuroyama explica que a matéria capaz de interagir com as flutuações do vácuo do campo eletromagnético está no regime de acoplamento ultraforte.

Nesse sentido, o experimento demonstrou que o sinal de corrente no ponto de contato quântico se aplica para detectar o acoplamento ultraforte entre o ressonador de anel dividido e o gás de elétrons 2D.

Além disso, é possível medir a corrente elétrica no contato de ponto quântico, mesmo sem radiação externa.

Modulações na corrente indicaram que as interações entre o gás 2D de elétrons e as flutuações do campo de vácuo do ressonador persistem mesmo na ausência de radiação terahertz.

O professor Kazuhiko Hirakawa resume afirmando que os resultados têm o potencial de viabilizar sensores quânticos altamente sensíveis que operem com base no acoplamento entre flutuações do vácuo e um dispositivo quântico híbrido integrado.

Aplicação do chip quântico na Computação

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Além de explorar a intrigante manifestação de luz e matéria a partir do vácuo, este chip quântico extremamente simples e integrado desempenhará um papel crucial nas técnicas mais avançadas da computação quântica.

No entanto, para viabilizar o processamento de informações quânticas no futuro, é fundamental ter a capacidade de determinar o estado de uma partícula por meio de uma estrutura ressonadora simples e única.

A realização desse objetivo se torna mais simples pelo uso da detecção elétrica. Ao contrário do uso óptico, ele acontece por meio de um ponto quântico de contato elétrico.

Isso facilita o estudo mais preciso das leis fundamentais da natureza em escalas diminutas. Além disso, esse novo sensor tem o potencial de contribuir para o desenvolvimento de futuros computadores quânticos.

Especificamente, os pontos quânticos semicondutores emergem como uma alternativa promissora para processadores de estado sólido que implementam bits quânticos.

Como destacam os pesquisadores, no futuro, essa tecnologia ajudará a trabalhar mais com elétrons em nanoestruturas semicondutoras.

Isso contribuirá para a criação de uma tecnologia de transmissão de informação quântica muito mais veloz do que as tecnologias convencionais.

Além disso, também ajudará no desenvolvimento de computadores quânticos de estado sólido capazes de operar em altas temperaturas.

Dessa forma, suprirá uma necessidade importante para qubits supercondutores e qubits semicondutores.

Fonte: Inovação Tecnológica

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