O calor é o inimigo da incerteza quântica. Ao organizar moléculas que absorvem luz de maneira ordenada, os físicos no Japão mantiveram o estado crítico, ainda a ser determinado, dos spins dos elétrons por 100 nanossegundos perto da temperatura ambiente.
A inovação poderá ter um impacto profundo no progresso do desenvolvimento da tecnologia quântica para não depender dos volumosos e caros equipamentos de refrigeração atualmente necessários para manter as partículas numa forma dita “coerente”.
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Ao contrário da forma como descrevemos os objetos em nossa vida cotidiana, que possuem qualidades como cor, posição, velocidade e rotação, as descrições quânticas de objetos envolvem algo menos estabelecido. Até que suas características sejam fixadas com uma rápida olhada, temos que tratar os objetos como se estivessem espalhados por um amplo espaço, girando em direções diferentes, mas sem adotar uma medição simples.
As regras que regem esta multiplicidade de possibilidades, chamadas superposições, apresentam aos engenheiros uma caixa completa de truques matemáticos para brincar. Eles podem ser usados como tipos especiais de computadores para processar números ou para explorar medidas de segurança de comunicação, e até mesmo usados em dispositivos ultrassensíveis de medição e imagem.
No entanto, cada interação com o seu ambiente altera de alguma forma esta névoa de possibilidades. Em um nível, isso é útil. Os computadores quânticos dependem do emaranhamento de partículas entre si para ajustar suas superposições. Os sensores quânticos dependem de interações precisas entre uma superposição e o ambiente para medir o ambiente.
Aumente a temperatura, o movimento dos átomos agitados e o brilho ofuscante do eletromagnetismo transformarão facilmente um zumbido coerente de possibilidades de partículas em um pedaço inútil e entediante de um velho elétron.
Isso não é um grande problema se você tiver recursos para bombear líquidos superfrios através de seu equipamento para manter o ruído baixo. Mas o que todo físico quântico realmente sonha é encontrar uma maneira de manter os custos baixos, operando seus dispositivos em temperaturas bem acima de zero.
A façanha já foi realizada antes em complexos especialmente projetados feitos de metais que preservam estados quânticos em forma de superposição apenas o tempo suficiente para que sejam relativamente úteis.
Nesta nova descoberta, os pesquisadores usaram pela primeira vez um tipo diferente de material chamado estrutura metal-orgânica (MOF). Nessa estrutura, eles incorporaram moléculas chamadas cromóforos, que absorvem e emitem luz em comprimentos de onda específicos.
“O MOF neste trabalho é um sistema único que pode acumular cromóforos densamente. Além disso, os nanoporos dentro do cristal permitem que o cromóforo gire, mas em um ângulo muito restrito, ” diz Nobuhiro Yanai, físico da Universidade de Kyushu.
Ao fazer isso, pares de elétrons nesses cromóforos com spin correspondente são colocados em um novo arranjo que opera em superposição. Embora o fenômeno tenha sido examinado de perto na tecnologia de células solares, ele ainda não havia sido modificado para fins de detecção quântica.
Num experimento liderado por Yanai, uma equipe de pesquisadores usou microondas para sondar os elétrons em seus estados transformados para demonstrar que eles poderiam permanecer coerentes em forma de superposição por cerca de 100 bilionésimos de segundo à temperatura ambiente – uma duração respeitável que poderia ser expandida com alguns ajustes finos.
“Isso pode abrir portas para a computação quântica molecular à temperatura ambiente baseada no controle de múltiplas portas quânticas e na detecção quântica de vários compostos alvo”, diz Yanai.
Esta pesquisa foi publicada na Science Advances.
Publicado no ScienceAlert
