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Paradoxo quântico detectado em diamante

A versão real do famoso enigma de Zeno pode impulsionar a computação quântica

 

Cortesia de Oliver Benson
Físicos induziram elétrons a mimetizar a versão quântica do ditado “panela vigiada não ferve” 

 

 
Por Eugenie Samuel Reich e revista Nature

Um efeito quântico batizado com o nome de um antigo quebra-cabeça grego foi observado em um diamante, abrindo o caminho para a utilização de cristais de diamantes em chips de computadores quânticos.

O chamado “efeito Zeno quântico” leva o nome do filósofo grego de Elea, que viveu no século cinco a.C. e sugeriu que se a posição de uma flecha em movimento estiver bem definida por um momento no tempo então ela não avança naquele instante e, portanto, jamais poderá chegar ao seu destino.

Na versão quântica do paradoxo da flecha, físicos teóricos postularam, em 1977, que se um sistema quântico for medido com frequência suficiente, seu estado será incapaz de progredir; como se o ditado “panela vigiada não ferve” fosse verdadeiro.

A hipótese resulta de um postulado fundamental da teoria quântica, segundo o qual medir a propriedade de um objeto, como a sua posição, afeta o seu estado. O efeito Zeno quântico foi observado pela primeira vez experimentalmente em 1989 em íons resfriados a laser, presos por campos magnéticos e elétricos.

Agora, o físico quântico Oliver Benson e seus colegas da Universidade Humboldt, em Berlim, observaram esse efeito em um cristal de diamante — um material mais fácil de fabricar em larga escala para a computação quântica. A equipe postou o artigo no site arXiv e ele foi aceito para publicação pela revista Physical Review A.

Oscilações interrompidas

Os pesquisadores se concentraram nos chamados centros vacância de nitrogênio (NV, na sigla em inglês), imperfeições que surgem em diamantes quando um átomo de nitrogênio e um espaço vazio substituem átomos de carbono em pontos adjacentes na estrutura do cristal.

A equipe utilizou microondas para mudar o estado de spin magnético de um elétron localizado em um centro NV e depois aplicou raio laser para provocar uma emissão vermelha, que revelou em qual dos dois estados possíveis o elétron se encontrava em dado momento.

Ao medirem o centro NV desse modo, os pesquisadores constataram que a oscilação entre os dois estados estava interrompida — exatamente como seria de se esperar se o efeito Zeno quântico estivesse em ação.

“O primeiro passo é observar que o efeito está lá; o próximo é colocar em ação portões quânticos baseados em diamantes”, diz Benson, referindo-se ao análogo quântico dos portões lógicos (logic gates, em inglês) que formam os circuitos integrados em chips de computadores comuns.

Em computação quântica, as informações são armazenadas nos estados quânticos de transportadores como fótons ou defeitosem diamantes. Atéagora, porém, a chamada decoerência, uma degradação dos estados delicados provocada por ruídos ambientais, impediu os cientistas de armazenar mais que apenas alguns bits de informações quânticas relacionadas por vez em um cristal de diamante. A medição constante dos estados poderia protegê-los da degradação descontrolada e permitir que os pesquisadores aumentem a quantidade de informações armazenadas, explica Benson.

Ronald Walsworth, um físico nuclear da Harvard University em Cambridge, Massachusetts, cuja equipe propôs teoricamente em 2010 que o efeito Zeno quântico operava em diamantes, afirma que as evidências estão aumentando. Mas acrescenta que provavelmente terá de ficar mais claro que o rompimento das oscilações se deve ao processo quântico e não a outros efeitos antes que ele possa ser utilizado na computação quântica.

O físico quântico Ronald Hanson, que trabalha com centros de vacância de nitrogênio na Universidade de Tecnologia em Delft, na Holanda, diz que o experimento de Benson — juntamente com um artigo de abril mostrando que os spinsem centros NVlocalizados a três metros de distância podem ser ligados —, indica que o diamante está ganhando terreno como um material conveniente para a computação quântica. “Em alguns anos dominaremos as armadilhas de íons”, diz ele.

Este artigo foi reproduzido com permissão da revista Nature. O artigo foi publicado originalmente em 20 de agosto de 2013.

Sciam22ago2013