Antiga pedra preciosa da Namíbia é a chave para futuros computadores quânticos

Óxido Cuproso – O cristal extraído na Namíbia que é usado para fazer polaritons Rydberg. Crédito: Universidade de St Andrews

Uma forma especial de luz feita de uma antiga pedra preciosa da Namíbia pode ser a chave para novos computadores quânticos baseados em luz, que podem resolver mistérios científicos de longa data, de acordo com uma nova pesquisa liderada pela Universidade de St Andrews.

A pesquisa, realizada em colaboração com cientistas da Universidade de Harvard nos EUA, Universidade Macquarie na Austrália e Universidade de Aarhus na Dinamarca e publicado em materiais naturais, usou um óxido cuproso extraído naturalmente (CudoisO) pedra preciosa da Namíbia para produzir polaritons Rydberg, as maiores partículas híbridas de luz e matéria já criadas.

Os polaritons de Rydberg mudam continuamente de luz para matéria e vice-versa. Nos polaritons de Rydberg, luz e matéria são como dois lados de uma moeda, e o lado da matéria é o que faz com que os polaritons interajam entre si.

Essa interação é crucial porque é o que permite a criação de simuladores quânticos, um tipo especial de computador quântico, onde as informações são armazenadas em bits quânticos. Esses bits quânticos, diferentemente dos bits binários dos computadores clássicos que só podem ser 0 ou 1, podem assumir qualquer valor entre 0 e 1. Portanto, eles podem armazenar muito mais informações e realizar vários processos simultaneamente.

Essa capacidade pode permitir que simuladores quânticos resolvam mistérios importantes em física, química e biologia – por exemplo, como fazer supercondutores de alta temperatura para trens de alta velocidade, como fertilizantes mais baratos podem ser feitos para potencialmente resolver a fome global ou como as proteínas são dobrado para facilitar a produção de medicamentos mais eficazes.

O líder do projeto, Hamid Ohadi, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de St Andrews, disse: “Fazer um simulador quântico com luz é o santo graal da ciência. Demos um grande salto em direção a isso criando polaritons Rydberg, o ingrediente chave.”

Para criar polaritons Rydberg, os pesquisadores prenderam a luz entre dois espelhos altamente reflexivos. Em seguida, um cristal de óxido cuproso de uma pedra extraída na Namíbia foi diluído e polido em uma placa de 30 micrômetros de espessura (mais fino que um cabelo humano) e imprensado entre os dois espelhos para fazer polaritons Rydberg 100 vezes maiores.

Um dos principais autores, Sai Kiran Rajendran, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de St Andrews, disse: “Comprar a pedra no eBay foi fácil. O desafio era fazer polaritons Rydberg que existem em uma gama de cores extremamente estreita.”

A equipe está atualmente refinando ainda mais esses métodos para explorar a possibilidade de fazer circuitos quânticos, que são o próximo ingrediente para simuladores quânticos.

Referência: “Exciton-polaritons de Rydberg em um CudoisO microcavity” por Konstantinos Orfanakis, Sai Kiran Rajendran, Valentin Walther, Thomas Volz, Thomas Pohl e Hamid Ohadi, 14 de abril de 2022, materiais da natureza.
DOI: 10.1038/s41563-022-01230-4

A pesquisa foi financiada pelo Conselho de Pesquisa de Engenharia e Ciências Físicas do Reino Unido (EPSRC).

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