Batata quente quântica troca menor unidade possível de energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/02/2011

Este é o aparato onde os dois íons de berílio ficaram presos para trocar a menor unidade mensurável de energia. Os íons ficam a cerca de 40 micrômetros um do outro, acima do quadrado de ouro que se pode ver no centro. O chip está rodeado por uma malha de cobre e ouro para evitar o acúmulo de cargas estáticas.
[Imagem: Y. Colombe/NIST]

Energia é informação

Seu nome técnico é oscilador harmônico acoplado.

Mas você pode pensar nesse experimento como uma batata quente sendo descartada por dois competidores, que só podem jogá-la um na mão do outro.

Ao arremessar a batata quente, cada competidor - na verdade, cada oscilador - está enviando para o outro exatamente um quanta de energia, a menor unidade possível de energia.

Como a troca de energia equivale à troca de informações, esses osciladores acoplados poderão ser usados para transferir, por exemplo, dados codificados em um fóton, entre dois íons.

Essa capacidade de troca de energia, ou de informações, em nível quântico, é mais uma ferramenta para a oficina dos cientistas que estão trabalhando na construção dos computadores quânticos.

Eles também acreditam que a informação quântica poderá ser transferida para um oscilador mecânico - uma máquina quântica - que poderia servir de interface entre o processador quântico e o mundo macro.

A criação da primeira máquina quântica foi considerada o maior avanço científico do ano passado pela revista Science, ao demonstrar que a mecânica quântica aplica-se ao movimento de objetos macroscópicos.

Batata quente quântica

Os osciladores harmônicos acoplados foram construídos por cientistas do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia dos Estados Unidos.

Eles colocaram dois íons de berílio próximos um ao outro e os induziram a ficar trocando as menores unidades de energia que se pode medir.

Para entender seu funcionamento é preciso rever a analogia da batata quente.

Perceba que estamos falando de uma "batata quântica". Então, como tudo no mundo quântico é um tanto estranho, você pode dispensar a batata e os jogadores é que passam a pular um para a posição do outro, sem se chocar, trocando o calor.

O movimento dos íons, embora aconteça em condições regidas pela mecânica quântica, pode ser comparado ao comportamento de dispositivos osciladores do mundo macro, como o pêndulo de um relógio ou um diapasão.

"Primeiro um íon se mexe um pouco, enquanto o outro fica parado. Então o movimento passa para o outro íon, mediante a troca da menor quantidade de energia que se pode medir," explica Kenton Brown, um dos construtores da batata quente quântica. "Nós também ajustar o acoplamento, afetando o quão rápido eles trocam a energia e em que medida. Podemos ligar e desligar a interação."

Teoricamente, os íons podem trocar energia indefinidamente, até que o processo seja interrompido pelo aquecimento.
[Imagem: Brown et al./arXiv]

A troca de energia de vários quanta foi detectada a cada 155 microssegundos. A troca de um quanta foi menos comum, e ocorreu a cada 218 microssegundos.

Teoricamente, os íons podem trocar energia indefinidamente, até que o processo seja interrompido pelo aquecimento - a propósito, o dispositivo funciona a -269º C.

Transformador quântico

Este experimento é semelhante ao realizado pelo mesmo grupo em 2009, quando eles demonstraram o entrelaçamento quântico, um fenômeno que associa as propriedades de de partículas separadas:

• Processador quântico programável roda pela primeira vez

Contudo, eles afirmam que o experimento agora apresentado acopla os osciladores mais diretamente e, portanto, pode simplificar o processamento quântico de informações.

O acoplamento direto de íons postos em locais separados pode simplificar as operações lógicas e ajudar a corrigir erros de processamento.

Além disso, o experimento sugere que as interações podem ser usadas para conectar diferentes tipos de sistemas quânticos, como um íon e uma partícula de luz, um fóton, para transferir informações em uma rede quântica. Por exemplo, um íon aprisionado poderia atuar como um "transformador quântico" entre um qubit supercondutor e um qubit feito de fótons.

Mais tópicos