Finalmente cientistas conseguiram mapear a geometria de um elétron

O elétron, ou eletrão, consiste em uma partícula subatômica de carga elétrica negativa. Mesmo sendo um importante elemento, até hoje a ciência não tinha conseguido mapear a sua real geometria. Mas agora, um grupo de cientistas finalmente conseguiu criar o primeiro mapa geométrico de um único elétron. Os resultados do recente estudo foram publicados em um artigo na revista científica Physical Review Letters. A nova pesquisa pode ser muito útil par ao desenvolvimento de computadores quânticos fundamentos em spin.

O grupo de pesquisadores, liderados pelo físico da Universidade de Basileia, na Suíça, Dominik Zumbühl, apresentaram uma nova técnica que pode dar uma nova visão sobre essa peculiar partícula subatômica. Além disso, pode também melhorar a manipulação humana do spin do elétron. O spin é um objetivo fundamental para a comunidade de computação quântica.

Mapa geométrico

Os elétrons são uma das formas de matéria mais peculiares e complexas conhecidas pela ciência. A sua complexidade se deve as suas propriedades ambíguas de partículas e ondas. Não é possível visualizar um único elétron simplesmente o ampliando com um microscópio ou uma câmera. Para conseguir mapear a sua geometria, os pesquisadores tiveram que usar um material específico, chamado ponto quântico.

Esses pontos quânticos são nanocristais tão pequenos que se tornam impossíveis de serem vistos a olho nu. Graças às suas propriedades óticas exclusivas foi possível observar uma variedade de aplicações comerciais. Variações que incluem telas de LED mais coloridas e células solares eficazes.

Além disso, os pontos quânticos também são úteis para os físicos devido ao fato de serem capazes de confinar elétrons em um único lugar usando campos elétricos. Esses campos simulam a dinâmica de um átomo real. Devido a isso, os pontos quânticos às vezes são chamados de átomos artificiais.

Zumbühl e sua equipe conseguiram ilustrar como os pontos quânticos podem ser usados para gerar os parâmetros de um único elétron. Os pesquisadores mediram os níveis de energia de pontos quânticos expostos a campos magnéticos de diversas forças e angulações. Os dados foram incluídos em um modelo teórico que gerou um mapa de uma única função de onda de elétrons. Para ser mais específico, produziu as características de onda do elétron.

“Nós podemos não apenas mapear a forma e orientação do elétron, mas também controlar a função de onda de acordo com a configuração dos campos elétricos aplicados”, disse Zumbühl em um comunicado . “Isso nos dá a oportunidade de otimizar o controle do giro de uma maneira muito direcionada”.

O spin

Na área da computação quântica, o spin de um elétron é considerado uma base próspera para um qubit, um nome abreviado para o “bit quântico”. O qubit é um parecido com um código binário, porém nesse caso é baseado em dois bits, o 1s e o 0s. Os dois estados de um spin de um elétron, para cima e para baixo, têm muito potencial para serem usados como o principal sistema de informação para futuros computadores quânticos.

Como os elétrons são capazes de superposição, exibindo principalmente um giro para cima e para baixo simultaneamente, acredita-se que os computadores quânticos possam processar as informações com mais velocidade. Inclusive, muito mais rapidamente do que os computadores binários usados atualmente.

No entanto, ainda não há como prever se ou quando essas técnicas avançadas de computação se tornarão realidade. Mas o novo estudo trouxe um novo conceito de computador quântico fundamentado em spin. Isso significa que estamos um passo mais próximo de alcançar a fruição.