Novo supercondutor pode levar a um avanço na computação quântica

Prévia do material em texto

1/3
Novo supercondutor pode levar a um avanço na computação
quântica
Um novo tipo de supercondutor pode ser apenas o que os físicos têm procurado nos últimos 40 anos.
A supercondutividade é a propriedade de resistência elétrica zero em temperaturas ultrabaixas e foi
descoberta em 1911 pelo físico holandês Kamerling-Ohnes. Ele desempenha um papel crucial em
muitas indústrias e tecnologias, variando de computação quântica a energia.
“Os supercondutores são materiais incríveis que têm muitas propriedades estranhas e incomuns”,
explicou Joe Carroll, pesquisador de doutorado no laboratório Macroscopic Quantum Matter Group da
University College Cork. “Mais notoriamente eles permitem que a eletricidade flua com zero resistência.
Ou seja, se você passar uma corrente através deles, eles não começam a aquecer; na verdade, eles
não dissipam nenhuma energia, apesar de carregar uma corrente enorme.
“Eles podem fazer isso porque, em vez de elétrons individuais se movendo através do metal, temos
pares de elétrons que se unem [...] e formam um fluido mecânico quântico macroscópico”, continuou ele.
As propriedades intrigantes de Cooper em pares
Esses pares de elétrons são chamados de pares de Cooper e são fundamentais para a
supercondutividade, formando-se quando superam sua repulsão habitual e exibem uma interação
atraente. O que é interessante é que, dependendo do material, os pares de Cooper interagem de forma
diferente entre si e com a rede de cristal do material.
https://www.advancedsciencenews.com/what-are-quantum-computers/
2/3
Em alguns casos, eles formam modulações periódicas na densidade de pares de elétrons dentro da rede
cristalina, um fenômeno conhecido como ondas de densidade de pares de elétrons. Isso foi descoberto
em 2016 pelo Macroscopic Quantum Matter Group liderado por Séamus Davis, professor da University
College Cork. Desde então, Carroll e uma equipe colaborativa internacional têm investigado as
propriedades de ondas de densidade de pares de elétrons, concentrando-se em um material conhecido
como ditellurida de urânio (UTe 22).
Agora, em um estudo recente, os cientistas dizem que fizeram uma importante nova descoberta. Parece
que os pares Cooper formados neste supercondutor estão em um estado exibem um comportamento
semelhante à rotação clássica, mas em um nível de mecânica quântica. Esta observação é significativa
porque é a primeira vez que tal comportamento foi observado em mais de um século de estudo desses
materiais.
“O que é particularmente emocionante para nós e para a comunidade em geral é que o UTe 2 parece ser
um novo tipo de supercondutor”, disse Carroll em um comunicado à imprensa. Os físicos têm procurado
um material como ele há quase 40 anos. Os pares de elétrons parecem ter momento angular intrínseco.
Se isso for verdade, então o que detectamos é a onda de densidade do primeiro par composta por esses
pares exóticos de elétrons.
Girando os pares de Cooper
Estudos anteriores do UTe 2 sugeriram que seus pares de Cooper existiam em algum estado rotacional
não trivial, mas os cientistas do estudo atual foram os primeiros a medir diretamente essa propriedade.
Eles fizeram isso usando uma técnica chamada microscopia de tunelamento de varredura, que é um
meio de analisar a superfície de um determinado material usando tunelamento quântico – um fenômeno
na mecânica quântica em que uma partícula pode passar por uma barreira de energia potencial que, de
acordo com a física clássica, não deve ser capaz de penetrar.
Esta técnica consiste em colocar uma sonda condutora sobre a superfície do material, que atua como
um "sensor" para os elétrons à medida que eles se descapiam através de pequenas lacunas entre a
sonda e a superfície.
Se o material é um supercondutor, a taxa na qual esses elétrons túnel depende do estado de rotação de
seus pares de Cooper. Ao medir a corrente gerada pelos elétrons que passam pela ponta da sonda, os
pesquisadores puderam medir as propriedades rotacionais únicas dos pares de Cooper no UTe 22.
Aplicações em computação quântica
Embora essa descoberta seja importante para a ciência fundamental, a equipe espera que também
encontre uma aplicação prática, como na computação quântica.
“Desde sua descoberta há cinco anos, houve uma enorme quantidade de pesquisas sobre o UTe 2, com
evidências apontando para que seja um supercondutor, que pode ser usado como base para a
computação quântica topológica”, disse Carroll. “Nesses materiais, não há limite para a vida útil do qubit
https://phys.org/news/2023-06-superconducting-state-significant-quantum-future.html
3/3
durante a computação, abrindo muitas maneiras novas para computadores quânticos mais estáveis e
úteis.”
Qubits são os análogos de bits usados em computadores clássicos. No entanto, ao contrário dos bits,
que tomam um o valor de um 0 ou 1, graças ao princípio da superposição, os qubits podem existir como
1 ou um 0 ao mesmo tempo. Isso possibilita que computadores quânticos com vários qubits sobrepostos
armazenem enormes quantidades de dados e rapidamente raciocinem por meio de problemas
complexos, situações ou tarefas de computação. Mas há um problema.
“O problema enfrentado pelos computadores quânticos existentes é que cada qubit deve estar em uma
superposição com duas energias diferentes – assim como o gato de Schroinger pode ser chamado de
‘morto’ e ‘vivo’”, explicou Carroll. “Este estado quântico é facilmente destruído entrando em colapso no
estado de energia mais baixo – ‘morto’ – cortando assim qualquer cálculo útil.”
Em alguns computadores quânticos, os qubits são loops de materiais supercondutores onde, devido às
propriedades quânticas da supercondutividade, a corrente elétrica assume um conjunto discreto de
valores – hipoteticamente 1s ou 0s. Em um supercondutor comum, a superposição de seus qubits – o
loop do material afirma com diferentes correntes – é facilmente destruída. No entanto, uma classe não
convencional de supercondutores chamados supercondutores topológicos pode ser usada para gerar
qubits que são de fato resistentes a distúrbios externos, tornando esses tipos de computadores
quânticos muito mais confiáveis.
Esses materiais são caracterizados pelas propriedades rotacionais e estados saídos de seus pares de
Cooper, o que significa que, se as novas descobertas dos pesquisadores em relação ao UTe 2 estiverem
corretas, ela se tornará um candidato muito bom para a base para a futura computação quântica.
“O que a comunidade tem procurado é um supercondutor topológico relevante; UTe 2 parece ser isso”,
concluiu Carroll.
Referência: Qiangqiang Gu, et al., Detecção de um estado de onda de densidade de pares em UTe 22,
Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05919-7
Crédito da imagem: TheDigitalArtist em Pixabay
ASN WeeklyTradução
Inscreva-se para receber nossa newsletter semanal e receba as últimas notícias científicas diretamente
na sua caixa de entrada.
ASN WeeklyTradução
Inscreva-se no nosso boletim informativo semanal e receba as últimas notícias científicas.
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05919-7