Dentro brevemente
- Os cientistas descobriram que a interferência quântica em circuitos nanoeletrônicos pode criar materiais que se comportam como elétrons, o que poderia abrir novas tecnologias quânticas.
- O estudo foi publicado recentemente em Cartas de revisão físicaque revela como a mecânica quântica influencia os estados em nanoescala.
- Esta descoberta poderia ajudar a criar férmions de Majorana, partículas importantes em computadores quânticos topológicos, que poderiam revolucionar a computação quântica.
ÚLTIMO ORADOR – Os cientistas sabem há muito tempo que os elétrons são partículas elementares indivisíveis. Mas novas pesquisas surpreendentes mostram que um aspecto estranho da mecânica quântica pode ser usado para produzir materiais que se comportam como elétrons. Esses “elétrons divididos” podem ser a chave para desbloquear o poder da computação quântica.
Publicado recentemente em Cartas de revisão física, A descoberta foi feita pelo professor Andrew Mitchell da Escola de Física da University College Dublin (UCD), e pelo Dr. Sudeshna Sen do Instituto Indiano de Tecnologia em Dhanbad, físicos teóricos que estudam as propriedades quânticas de circuitos elétricos em nanoescala.
“A miniaturização da eletrônica atingiu um ponto em que os componentes do circuito são apenas nanômetros. Nessa escala, as regras do jogo são definidas pela mecânica quântica, e você tem que abrir mão do seu conhecimento de como as coisas funcionam”, disse o Dr. Sen. “A corrente que flui através do fio é, na verdade, composta de muitos elétrons e, à medida que você torna o fio cada vez menor, pode observar os elétrons passando por cada um deles. Agora podemos fazer transistores que funcionam com apenas um elétron.”
Quando um circuito nanoeletrônico é projetado para dar aos elétrons uma “escolha” de dois caminhos diferentes, ocorre interferência quântica. O professor Mitchell explicou: “O emaranhado quântico que vemos nesses ciclos é muito semelhante ao que foi visto no famoso experimento de bifurcação”.
O experimento da fenda dupla mostra as propriedades ondulatórias de partículas quânticas, como o elétron, que levaram ao desenvolvimento da mecânica quântica na década de 1920. Elétrons individuais são lançados através de uma tela com duas pequenas fendas, e seu destino final é registrado em uma chapa fotográfica do outro lado. Como os elétrons podem passar por qualquer lacuna, eles interferem uns nos outros. Na verdade, um único elétron pode interferir consigo mesmo, como acontece com uma onda quando passa pelos dois buracos ao mesmo tempo. O resultado é um padrão de interferência de linhas superiores e inferiores alternadas na tela traseira. A probabilidade de encontrar um elétron em certas áreas pode ser zero devido à interferência destrutiva – pense nos picos e vales de duas ondas colidindo e se cancelando.
O professor Mitchell disse: “É a mesma coisa em um circuito nanoeletrônico. Os elétrons que se movem em diferentes direções em um circuito podem causar interferência prejudicial e impedir o fluxo de corrente. Este fenômeno já foi observado antes em dispositivos quânticos. O que descobrimos é que, ao forçar muitos elétrons a se aproximarem o suficiente para que se repelam fortemente, a desordem quântica é alterada. Embora as únicas partículas elementares no ciclo sejam os elétrons, quando estão juntos podem se comportar como um elétron dividido em dois.”
O resultado é o chamado “férmion de Majorana” – uma partícula descrita pela primeira vez por matemáticos em 1937, mas ainda não isolada experimentalmente. As descobertas podem ser muito importantes para o desenvolvimento de novas tecnologias quânticas, se a partícula Majorana puder ser criada num dispositivo eletrónico e utilizada.
“Tem havido muito interesse em Majoranas nos últimos anos porque eles são um ingrediente chave nos computadores quânticos topológicos propostos”, disse o professor Mitchell. “Podemos encontrar uma maneira de produzi-los em dispositivos nanoeletrônicos usando o efeito de interferência quântica”.
