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Quinta-feira, Julho 7, 2022

Objeto quântico estranho criado com sucesso no laboratório pela primeira vez

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A mecânica quântica – o comportamento do Universo na menor das escalas – continua a nos surpreender, com os cientistas agora conseguindo criar com sucesso um objeto quântico chamado parede de domínio em configurações de laboratório.

Pela primeira vez, essas paredes agora podem ser geradas em laboratório sob demanda, ocorrendo quando átomos armazenados em temperaturas muito frias – um cenário conhecido como Condensado de Bose-Einstein – agrupar em domínios sob certas condições. As paredes são as junções entre esses domínios.

Os pesquisadores que criam essas paredes de domínio dizem que podem acabar lançando uma nova luz sobre muitas áreas diferentes da mecânica quântica, incluindo eletrônica quântica, memória quântica e o comportamento de partículas quânticas exóticas.

“É como uma duna de areia no deserto – é feita de areia, mas a duna age como um objeto que se comporta de maneira diferente dos grãos de areia individuais”, diz o físico Kai-Xuan Yao da Universidade de Chicago.

Houve pesquisa anterior em paredes de domínio, mas eles nunca puderam ser criados à vontade em laboratório até agora, dando aos cientistas a capacidade de analisá-los de novas maneiras. Acontece que eles agem como objetos quânticos independentes, mas não necessariamente da maneira que os cientistas esperariam.

Esse comportamento inesperado significa que as paredes do domínio se juntam a uma classe de objetos chamada fenômenos emergentesonde as partículas que se juntam parecem seguir um conjunto diferente de leis da física das partículas que operam por conta própria.

Uma das observações inusitadas feitas pela equipe é a maneira como as paredes de domínio reagem aos campos elétricos, algo que precisará de mais estudos para desvendar. Por enquanto, apenas poder produzir e manipular essas paredes é um importante passo à frente.

“Temos muita experiência no controle de átomos”, diz o físico Cheng Chin da Universidade de Chicago. “Sabemos que se você empurrar os átomos para a direita, eles se moverão para a direita. Mas aqui, se você empurrar a parede do domínio para a direita, ela se moverá para a esquerda.”

Parte da razão pela qual a descoberta é tão importante é que ela poderia nos ensinar mais sobre como os átomos se comportavam no início da existência do Universo: partículas que antes se agrupavam acabaram se expandindo para formar estrelas e planetas, e os cientistas gostariam de saber exatamente como isso aconteceu.

Essa descoberta de parede de domínio está sob o guarda-chuva do que é conhecido como teoria de calibre dinâmico – uma maneira de testar e calcular a dinâmica dos fenômenos quânticos no laboratório. Essas descobertas podem explicar como os fenômenos emergentes operam em tudo, desde materiais até o Universo primitivo.

Além de olhar para trás, os pesquisadores também estão olhando para frente. Uma vez mais entendido sobre como as paredes de domínio podem ser controladas, isso pode abrir oportunidades para novas tecnologias quânticas.

“Pode haver aplicações para esse fenômeno em termos de fabricação de material quântico programável ou processadores de informações quânticas”, diz queixo.

“Ele pode ser usado para criar uma maneira mais robusta de armazenar informações quânticas ou habilitar novas funções em materiais. Mas antes que possamos descobrir isso, o primeiro passo é entender como controlá-los.”

A pesquisa foi publicada em Natureza.



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