O emaranhamento quântico é um dos fenômenos mais fundamentais e intrigantes da natureza. Pesquisas recentes sobre emaranhamento provaram ser um recurso valioso para comunicação quântica e processamento de informações. Agora, cientistas do Japão descobriram um estado emaranhado quântico estável de dois prótons em uma superfície de silício, abrindo portas para uma união orgânica de plataformas de computação clássica e quântica e fortalecendo potencialmente o futuro da computação quântica. tecnologia.
Um dos fenômenos mais interessantes da mecânica quântica é o "emaranhamento quântico". Este fenômeno descreve como certas partículas estão inextricavelmente ligadas, de modo que seus estados só podem ser descritos com referência uns aos outros. Essa interação de partículas também forma a base da computação quântica. E é por isso que, nos últimos anos, os físicos têm procurado técnicas para gerar emaranhamento. No entanto, essas técnicas enfrentam uma série de obstáculos de engenharia, incluindo limitações na criação de grande número de "qubits" (bits quânticos, a unidade básica de informação quântica), a necessidade de manter temperaturas extremamente baixas (<1 K) e o uso de materiais ultrapuros. As superfícies ou interfaces são cruciais na formação do emaranhamento quântico. Infelizmente, os elétrons confinados em superfícies são propensos à “decoerência”, uma condição na qual não há uma relação de fase definida entre os dois estados distintos. Assim, para obter qubits estáveis e coerentes, os estados de spin dos átomos da superfície (ou, equivalentemente, prótons) devem ser determinados.
Recentemente, uma equipe de cientistas no Japão, incluindo o Prof. Takahiro Matsumoto da Universidade da Cidade de Nagoya, o Prof. Hidehiko Sugimoto da Universidade de Chuo, o Dr. Takashi Ohhara da Agência de Energia Atômica do Japão e o Dr. Susumu Ikeda da Organização de Pesquisa do Acelerador de Alta Energia, reconheceu a necessidade de qubits estáveis. Ao observar os estados de spin da superfície, os cientistas descobriram um par de prótons emaranhados na superfície de um nanocristal de silício.
Prof. Matsumoto, o cientista-chefe, descreve a importância de seu estudo, “O emaranhamento de prótons foi observado anteriormente no hidrogênio molecular e desempenha um papel importante em uma variedade de disciplinas científicas. No entanto, o estado emaranhado foi encontrado apenas nas fases gasosa ou líquida. Agora, detectamos o emaranhamento quântico em uma superfície sólida, que pode estabelecer as bases para futuras tecnologias quânticas. ” Seu estudo pioneiro foi publicado em uma edição recente da Revisão Física B.
Os cientistas estudaram os estados de spin usando uma técnica conhecida como "espectroscopia de espalhamento de nêutrons inelástica" para determinar a natureza das vibrações da superfície. Modelando esses átomos de superfície como “osciladores harmônicos”, eles mostraram anti-simetria de prótons. Como os prótons eram idênticos (ou indistinguíveis), o modelo do oscilador restringia seus possíveis estados de spin, resultando em um forte emaranhamento. Comparado ao emaranhamento de prótons no hidrogênio molecular, o emaranhamento abrigava uma enorme diferença de energia entre seus estados, garantindo sua longevidade e estabilidade. Além disso, os cientistas teoricamente demonstraram uma transição em cascata de pares de fótons emaranhados em terahertz usando o emaranhamento de prótons.
A confluência de qubits de prótons com a tecnologia contemporânea de silício poderia resultar em uma união orgânica de plataformas de computação quântica e clássica, permitindo um número muito maior de qubits (106) do que atualmente disponível (102) e processamento ultrarrápido para novos aplicativos de supercomputação. “Os computadores quânticos podem lidar com problemas intrincados, como fatoração de inteiros e o 'problema do caixeiro-viajante', que são virtualmente impossíveis de resolver com supercomputadores tradicionais. Isso poderia ser um jogo- mudança na computação quântica em relação ao armazenamento, processamento e transferência de dados, potencialmente até levando a uma mudança de paradigma em produtos farmacêuticos, segurança de dados e muitas outras áreas ”, conclui o otimista Prof. Matsumoto.
Podemos estar prestes a testemunhar uma revolução tecnológica na computação quântica!
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