Tecnologia Científica

Os cientistas aproveitam as moléculas em um estado quântico único
Publicado nesta quarta-feira 28 de abril na Nature , o artigo mostra como trazer várias moléculas de uma vez em um único estado quântico - um dos objetivos mais importantes da física quântica .
Por Universidade de Chicago - 28/04/2021


Imagem das moléculas reunidas com sucesso em um condensado de Bose-Einstein. Crédito: Chin Lab

Os pesquisadores têm grandes ideias para o potencial da tecnologia quântica, de redes inquebráveis ​​a sensores de terremotos. Mas todas essas coisas dependem de um grande feito tecnológico: ser capaz de construir e controlar sistemas de partículas quânticas, que estão entre os menores objetos do universo.

Esse objetivo está agora um passo mais perto com a publicação de um novo método por cientistas da Universidade de Chicago. Publicado nesta quarta-feira 28 de abril na Nature , o artigo mostra como trazer várias moléculas de uma vez em um único estado quântico - um dos objetivos mais importantes da física quântica .

"As pessoas vêm tentando fazer isso há décadas, por isso estamos muito entusiasmados", disse o autor sênior Cheng Chin, professor de física da UChicago que disse que queria atingir esse objetivo desde que era um estudante de graduação na década de 1990. "Espero que isso possa abrir novos campos na química quântica de muitos corpos. Há evidências de que há muitas descobertas esperando por aí."

Um dos estados essenciais da matéria é chamado de condensado de Bose-Einstein: quando um grupo de partículas resfriadas até quase o zero absoluto compartilha um estado quântico, todo o grupo começa a se comportar como se fosse um único átomo . É um pouco como persuadir uma banda inteira a marchar inteiramente no mesmo ritmo enquanto toca afinado - difícil de conseguir, mas quando isso acontece, um novo mundo de possibilidades pode se abrir.

Os cientistas têm conseguido fazer isso com átomos há algumas décadas, mas o que eles realmente gostariam de fazer é ser capaz de fazer isso com moléculas. Essa descoberta pode servir como base para muitas formas de tecnologia quântica.

Mas, como as moléculas são maiores do que os átomos e têm muito mais partes móveis, a maioria das tentativas de aproveitá-las se dissolveu no caos. "Os átomos são objetos esféricos simples, enquanto as moléculas podem vibrar, girar e carregar pequenos ímãs", disse Chin. "Como as moléculas podem fazer tantas coisas diferentes, isso as torna mais úteis e, ao mesmo tempo, muito mais difíceis de controlar."

O grupo de Chin queria tirar proveito de alguns novos recursos do laboratório que haviam se tornado disponíveis recentemente. No ano passado, eles começaram a experimentar adicionar duas condições.

O primeiro foi o resfriamento de todo o sistema ainda mais - até 10 nanokelvins, um fio de cabelo acima do zero absoluto. Em seguida, eles empacotaram as moléculas em um espaço de rastreamento de forma que elas foram fixadas. "Normalmente, as moléculas querem se mover em todas as direções e, se você permitir, elas são muito menos estáveis", disse Chin. "Confinamos as moléculas para que fiquem em uma superfície 2D e só possam se mover em duas direções."

O resultado foi um conjunto de moléculas virtualmente idênticas - alinhadas exatamente com a mesma orientação, a mesma frequência vibracional, no mesmo estado quântico .

Os cientistas descreveram esse condensado molecular como uma folha imaculada de um novo papel de desenho para engenharia quântica. "É o ponto de partida ideal absoluto", disse Chin. "Por exemplo, se você deseja construir sistemas quânticos para armazenar informações, você precisa de uma lousa em branco para escrever antes de formatar e armazenar essas informações."

Até agora, eles conseguiram ligar alguns milhares de moléculas em tal estado e estão começando a explorar seu potencial.

"Na maneira tradicional de pensar sobre química, você pensa em alguns átomos e moléculas colidindo e formando uma nova molécula", disse Chin. “Mas no regime quântico, todas as moléculas agem juntas, em comportamento coletivo. Isso abre uma nova maneira de explorar como as moléculas podem reagir juntas para se tornar um novo tipo de molécula.

"Este tem sido um objetivo meu desde que era estudante", acrescentou ele, "por isso estamos muito, muito felizes com este resultado."

 

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