Balanar o ncleo de um tomo cria um qubit anti-interferncias

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 17/09/2024

Balanando o ncleo de um tomo

Os tomos balanam constantemente, e comum ver os fsicos tentando congel-los at perto do zero absoluto para que eles parem de se mexer, o que facilita seu estudo.

Mas o oposto tambm verdadeiro, s que muito mais difcil: Fazer um tomo agir como um balano, mexendo-se no de modo aleatrio, como normalmente, mas de modo controlado, pode abrir uma nova janela para as tecnologias qunticas, incluindo armazenar dados para a computao quntica.

Lukas Veldman e colegas da Universidade de Tecnologia de Delft, nos Pases Baixos, fizeram mais do que isso: Eles conseguiram iniciar um movimento controlado de modo to preciso que eles balanaram no um tomo inteiro, mas o ncleo de um tomo.

Para isso, eles fizeram o ncleo atmico interagir com um dos eltrons das camadas mais externas do tomo. Esse eltron pode ento ser manipulado atravs da agulha de um microscpio de varredura por tunelamento.

Isso oferece perspectivas para armazenar informaes qunticas dentro do ncleo, e isso radical porque as informaes no ncleo ficam muito mais protegidas, a salvo de perturbaes externas, resolvendo um dos maiores gargalos de todas as tecnologias qunticas, que est na fragilidade dos estados qunticos, que se desfazem mediante a menor interferncia.

a primeira vez que se consegue controlar a matria nesse nvel de preciso.
[Imagem: Lukas M. Veldman et al. – 10.1038/s41467-024-52270-0]

Qubit prova de interferncias

A equipe trabalhou com um nico tomo de titnio, mais especificamente de um de seus istopos, o Ti-47.

“Ele tem um nutron a menos que o Ti-48, naturalmente abundante, o que torna o ncleo ligeiramente magntico,” justificou o professor Sander Otte. Esse magnetismo – o “spin” na linguagem quntica – pode ser visto como uma espcie de agulha de bssola que pode apontar em vrias direes. A orientao do spin em um determinado momento constitui uma parte da informao quntica.

O ncleo de um tomo flutua dentro de um vazio gigantesco, muito distante dos eltrons em rbita, o que significa que ele fica basicamente alheio ao ambiente em torno do tomo como um todo. Mas h uma exceo: Devido interao hiperfina, extremamente fraca, o spin nuclear pode ser influenciado pelo spin de um dos eltrons.

“Mais fcil falar do que fazer,” disse Veldman, responsvel por colocar a mo na massa. “A interao hiperfina to fraca que eficaz apenas em um campo magntico muito pequeno e precisamente ajustado.”

Armazenando informaes qunticas

Depois de ajustar pacientemente todas as condies experimentais, Veldman usou um pulso de eletricidade para tirar o spin do eltron do equilbrio, de modo que os spins do eltron e do ncleo oscilassem juntos por uma frao de microssegundo. “Exatamente como Schrdinger previu,” disse Veldman, comemorando seu feito experimental.

Junto com os experimentos, o pesquisador realizou clculos que reproduziram surpreendentemente bem as flutuaes observadas. A forte concordncia entre as observaes e as previses demonstra que nenhuma informao quntica perdida durante a interao entre o eltron e o ncleo.

A blindagem eficiente do ambiente torna o spin nuclear um timo candidato para armazenar informaes qunticas, e a tcnica experimental desenvolvida pela equipe pode facilitar isto.

“Este experimento d aos humanos influncia no estado da matria em uma escala inimaginavelmente pequena. Para mim, s isso j faz valer o esforo,” comentou o professor Otte.

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