Cientistas usam a luz para criar tecnologia que possibilita avanço na computação quântica
- Multiversolab7
- 27 de jul. de 2020
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Esta ilustração mostra a aceleração das supercorrentes por ondas de luz, o que dá aos pesquisadores acesso a uma nova classe de fenômenos quânticos. Esse acesso pode traçar um caminho a seguir para aplicações práticas de computação quântica, detecção e comunicação. Crédito: Jigang Wang / Universidade Estadual de Iowa.
Os cientistas estão usando ondas de luz para acelerar as supercorrentes e acessar as propriedades únicas do mundo quântico, incluindo as emissões de luz proibidas que um dia poderiam ser aplicadas a computadores quânticos de alta velocidade, comunicações e outras tecnologias.
Os cientistas viram coisas inesperadas nas supercorrentes - eletricidade que se move através de materiais sem resistência, geralmente em temperaturas super baixas - quebram a simetria e devem ser proibidas pelas leis convencionais da física, disse Jigang Wang, professor de física e astronomia da Universidade. Universidade Estadual de Iowa, cientista sênior do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA e líder do projeto.
O laboratório de Wang foi pioneiro no uso de pulsos de luz em frequências terahertz - trilhões de pulsos por segundo - para acelerar pares de elétrons, conhecidos como pares de Cooper, dentro de supercorrentes. Nesse caso, os pesquisadores rastrearam a luz emitida pelos pares de elétrons acelerados. O que eles descobriram foram " emissões de luz de segunda harmônica " ou luz com o dobro da frequência da luz de entrada usada para acelerar os elétrons.
Wang disse que isso é análogo à mudança de cor do espectro vermelho para o azul profundo.
"Essas emissões do segundo harmônico terahertz devem ser proibidas em supercondutores", disse ele. "Isso é contra a sabedoria convencional".
Wang e seus colaboradores - incluindo Ilias Perakis, professor e diretor de física da Universidade do Alabama em Birmingham e Chang-beom Eom, Raymond R. Holton, presidente de engenharia e Theodore H. Geballe, professor da Universidade de Wisconsin-Madison - relatam sua descoberta em um trabalho de pesquisa publicado recentemente pela revista científica Physical Review Letters .
Jigang Wang está usando flashes a laser terahertz como um botão de controle para acelerar supercorrentes e acessar novos estados quânticos da matéria, potencialmente úteis. Crédito: Christopher Gannon / Iowa State University
"A luz proibida nos dá acesso a uma classe exótica de fenômenos quânticos - que é a energia e as partículas em pequena escala de átomos - chamadas de precessões proibidas de pseudo-rotação de Anderson", disse Perakis.
(Os fenômenos são nomeados após o falecido Philip W. Anderson, co-vencedor do Prêmio Nobel de Física de 1977, que conduziu estudos teóricos dos movimentos dos elétrons em materiais desordenados, como o vidro, que não possui uma estrutura regular.)
Os estudos recentes de Wang foram possibilitados por uma ferramenta chamada espectroscopia quântica de terahertz que pode visualizar e direcionar elétrons. Ele usa flashes a laser terahertz como um botão de controle para acelerar supercorrentes e acessar novos estados quânticos da matéria, potencialmente úteis. A National Science Foundation apoiou o desenvolvimento do instrumento, bem como o estudo atual da luz proibida.
Os cientistas dizem que o acesso a esse e outros fenômenos quânticos pode ajudar a impulsionar grandes inovações
"Assim como os transistores gigahertz de hoje e os roteadores sem fio 5G substituíram os tubos de vácuo megahertz ou as válvulas termiônicas há mais de meio século, os cientistas estão procurando um salto em frente nos princípios de design e nos novos dispositivos, a fim de obter recursos quânticos de computação e comunicação", disse Perakis, com o Alabama em Birmingham. "Encontrar maneiras de controlar, acessar e manipular as características especiais do mundo quântico e conectá-las a problemas do mundo real é um grande impulso científico nos dias de hoje. A National Science Foundation incluiu estudos quânticos em suas '10 Grandes Ideias 'para futuras pesquisas. e desenvolvimento crítico para a nossa nação ".
Wang disse: "A determinação e o entendimento da quebra de simetria em estados supercondutores é uma nova fronteira, tanto na descoberta fundamental da matéria quântica quanto na ciência prática da informação quântica. A segunda geração harmônica é uma sonda fundamental de simetria. Isso será útil no desenvolvimento da futura computação quântica. estratégias e eletrônicos com altas velocidades e baixo consumo de energia ".
Antes que eles possam chegar lá, os pesquisadores precisam explorar mais o mundo quântico. E este segundo harmônico proibido luz emissão em supercondutores, Wang disse, representa "uma descoberta fundamental da matéria quântica."
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