Pesquisadores do IFSC-USP conseguiram, pela primeira vez no Brasil, aprisionar íons frios usando campos elétricos. O experimento, que foi realizado com íons de estrôncio, chegou a resultados apenas 18 meses após o início do projeto. A técnica é uma das principais plataformas utilizadas no desenvolvimento da computação quântica.
A pesquisa foi liderada por Amilson Rogelso Fritsch, com o apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). O pesquisador deu mais detalhes sobre a armadilha, inteiramente construída no Brasil: “Como os íons possuem carga elétrica, eles podem ser puxados ou empurrados por campos elétricos. Nossa armadilha gera forças capazes de impedir que eles escapem em qualquer direção”, explicou Amilson.
Como funciona?
O novo equipamento leva o nome de Armadilha de Paul e utiliza um campo elétrico que oscila cerca de 18 milhões de vezes por segundo. A oscilação impede que os íons escapem. A partir do momento em que vários são capturados, eles formam uma cadeia alinhada, que é separada por poucos micrômetros. Todo esse processo ocorre dentro de uma câmara de ultra-alto vácuo, para evitar que partículas do ar perturbem os íons.
Fritsch destaca as observações que foram feitas através da pesquisa: “Nas imagens que obtivemos, cada ponto luminoso corresponde a um único íon de estrôncio aprisionado. O que vemos não é uma representação gráfica do experimento, mas íons reais.”
O próximo objetivo da pesquisa é transformar os íons aprisionados em qubits, a unidade de informação da computação quântica. Dois estados do íon podem representar 0 e 1. Lasers permitem controlar esses estados. Diferentemente de um bit convencional, o qubit pode apresentar superposição, combinando os estados 0 e 1. Vários qubits também podem ser emaranhados, criando correlações quânticas entre eles, o que permite explorar formas diferentes de processamento de informações.
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Qual a importância dos experimentos?
O experimento ainda é uma etapa inicial para se chegar a um computador quântico que funcione. Ainda são necessárias algumas avaliações para que se chegue ao processo final.
Nos processos, é preciso conseguir manter um átomo isolado e controlado antes de utilizá-lo para armazenar e processar informação. A captura dos íons resolve essa etapa, e a expectativa é que comecem a realizar as primeiras operações de processamento quântico nos próximos meses.
A armadilha está instalada em um laboratório do IFSC-USP, onde o professor titular da faculdade e coordenador do Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica (CEPOF) ressalta: “Agora, com o sucesso no aprisionamento de íons, a pesquisa brasileira está no mapa. Esse é um dos hardwares necessários para o desenvolvimento da computação quântica.”
O que a computação quântica pode trazer?
Na prática, ao chegar ao final dos testes com resultados positivos, será possível realizar a simulação de átomos e moléculas, o desenvolvimento de novos materiais e de fármacos.
Apesar disso, a computação quântica não significa apenas substituir computadores tradicionais ou ser mais rápida em qualquer tarefa. O potencial é principalmente voltado para determinados tipos de problemas nos quais fenômenos quânticos podem ser aproveitados. Bagnato sustenta isso: “Essa capacidade superior não significa que computadores quânticos venham simplesmente substituir os atuais ou sejam mais rápidos para qualquer tarefa.”
Quais os próximos passos?
As pesquisas já conseguiram capturar e observar os íons. Agora, os pesquisadores precisam avançar para o controle individual das partículas. Os íons precisam ser resfriados a temperaturas extremamente baixas, próximas do zero absoluto. Após isso, a ideia é utilizar lasers para manipular os estados quânticos.
A previsão é que as primeiras operações de processamento sejam realizadas nos próximos meses. Além disso, o projeto representa a criação de uma nova competência científica no Brasil.
*Sob supervisão de Hildeberto Jr.
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