A manipulação controlada de moléculas em estado de emaranhamento quântico tem sido um desafio persistente para os físicos.
Apesar da complexidade e da dificuldade inerentes às moléculas, esse seria um avanço com grandes aplicações em novas tecnologias.
Recentemente, duas equipes de pesquisa conseguiram um feito notável ao entrelaçar pares de moléculas ultra frias usando armadilhas ópticas de precisão microscópica (HOLLAND, 2023; BAO, 2023).
O emaranhamento quântico é um fenômeno peculiar, porém fundamental, que os físicos buscam explorar para o desenvolvimento de computadores quânticos comerciais.
Essa técnica envolve uma espécie de “ligação íntima” entre partículas, que permanece mesmo à distância, possibilitando o compartilhamento instantâneo de informações sobre propriedades quânticas entre elas.
Até o momento, experimentos de laboratório haviam conseguido apenas o emaranhamento de íons, fótons, átomos e circuitos supercondutores.
No entanto, a manipulação precisa de pares de moléculas individuais – que são bem maiores – para fins de computação quântica permanecia um desafio devido à dificuldade em resfriar as moléculas, pois elas interagem rapidamente com o ambiente circundante, resultando em emaranhamentos instáveis.
As equipes conseguiram superar esses obstáculos ao utilizar uma abordagem que envolve armadilhas ópticas conhecidas como tweezer traps.
Essas armadilhas, criadas por feixes de laser precisamente focados, permitiram que moléculas individuais fossem posicionadas em pares, com distância suficiente para que uma molécula pudesse sentir a interação dipolar elétrica de longo alcance da outra.
Esse processo levou à formação de estados quânticos emaranhados entre os pares de moléculas.
A importância desse avanço tecnológico reside em sua potencial aplicação na área de computação quântica.
Segundo os pesquisadores, as moléculas, por sua natureza mais complexa em comparação com átomos e partículas, apresentam propriedades intrínsecas que podem ser manipuladas para criar qubits, unidades fundamentais na computação quântica.
Ao contrário dos bits dos computadores convencionais – que só podem representar 0 ou 1 – os qubits podem representar probabilisticamente 0 e 1 ao mesmo tempo, aproveitando a superposição quântica.
Logo, controlar o entrelaçamento quântico de moléculas individuais pode parecer estranho, mas essa é uma alternativa de processamento quântico que abre novas possibilidades para algoritmos especialmente projetados que operam de maneira mais eficiente do que os sistemas clássicos.
Além do potencial para avanços na computação quântica, os cientistas destacam que as interações dipolares das moléculas também podem ter aplicações práticas em sensores quânticos super sensíveis.
Esses sensores podem ser utilizados em diversas áreas, desde eletroencefalograma para medir a atividade elétrica no cérebro até o monitoramento de mudanças nos campos elétricos na crosta terrestre para previsões de terremotos.
Embora as implicações práticas dessas descobertas estejam por ser totalmente compreendidas, os resultados dessas pesquisas representam um passo significativo em direção à manipulação controlada de moléculas individuais para aplicações quânticas.
À medida que os cientistas continuam explorando as capacidades dessas técnicas, novas perspectivas para o avanço da computação quântica e a criação de tecnologias inovadoras podem se desdobrar.
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Referências
HOLLAND, Connor M.; LU, Yukai; CHEUK, Lawrence W. On-demand entanglement of molecules in a reconfigurable optical tweezer array. Science, v. 382, n. 6675, p. 1143-1147, 2023. Disponível em: <link>. Acesso em: 2 dez 2023.
BAO, Yicheng et al. Dipolar spin-exchange and entanglement between molecules in an optical tweezer array. Science, v. 382, n. 6675, p. 1138-1143, 2023. Disponível em: <link>. Acesso em: 2 dez 2023.
Cite-nos
SANTOS, Fábio. Físicos entrelaçam moléculas individuais pela primeira vez. Ciência Mundo, dez 2023. Disponível em: . Acesso em: 05 maio 2024.
Graduado em Sistemas de Informação pela FEUC-RJ e mestre em Representação de Conhecimento e Raciocínio pela UNIRIO. Fábio é editor e fundador do portal Ciência Mundo. É dedicado à produção de conteúdos relacionados a astronomia, física, arqueologia e inteligência artificial.
