Escâner atômico faz mapa 3D de campos eletromagnéticos de chips

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/07/2026

O mapeador de interferências está alojado no suporte dourado. Nele, um único íon mede e cria um mapa tridimensional dos campos eletromagnéticos.
[Imagem: Edgar Brucke/ETH Zurich]

Interferência eletromagnética em chips

Os chips, ou circuitos integrados, são edifícios nos quais não apenas "cada morador" (cada minúsculo transístor), mas também cada "corredor" (as trilhas que interligam os transistores) produzem seus próprios campos eletromagnéticos, gerando um mar de interferências recíprocas que precisam ser levadas em conta para que tudo funcione de modo previsível.

Tem dado certo, mas as coisas começaram a se complicar conforme a miniaturização avançou, e agora complicaram de vez conforme os chips começam a ser projetados para explorar fenômenos controlados pela mecânica quântica, como sensores ou os qubits dos computadores quânticos, por exemplo - podem haver até 2 milhões de qubits por mm² em um chip quântico.

Mal dos pecados, essas tecnologias quânticas têm-se fundamentado largamente em átomos individuais eletricamente carregados, ou íons, que são ótimos como bits quânticos, mas têm suas próprias suscetibilidades eletromagnéticas.

Ao contrário das volumosas armadilhas de íons dos primeiros anos, agora existem chips miniaturizados nos quais os íons podem ser aprisionados e manipulados a uma distância mínima da superfície do chip. Isso tem muitas vantagens, mas também tem uma desvantagem decisiva: Os campos eletromagnéticos provenientes do próprio chip podem prejudicar seriamente os estados quânticos sensíveis dos íons e, consequentemente, o desempenho do computador ou sensor.

E, se quisermos eliminar essas interferências, o primeiro passo é ser capaz de medi-las, conhecer sua intensidade e, até mais importante, saber de onde elas vêm.

É justamente aqui que está a inovação apresentada agora por Tobias Sagesser e colegas do Instituto Federal de Tecnologia (ETH) de Zurique, na Suíça: Um escâner que consegue mapear campos eletromagnéticos.

Feixes de laser (vermelhos) resfriam o íon (verde) até seu estado fundamental. Em seguida, ele é posicionado para medir o campo eletromagnético em cada ponto específico.
[Imagem: Tobias Sagesser/ETH Zurich]

Sensor atômico de campos eletromagnéticos

Os pesquisadores desenvolveram uma técnica que permite criar um mapa tridimensional muito preciso dos campos elétricos e magnéticos nas proximidades da superfície de um chip. A expectativa é que essa ferramenta permita otimizar e testar os materiais para a produção de chips quanto à sua adequação para uso em aplicações quânticas.

O trunfo está em uma nova armadilha que permite aprisionar e mover um único íon, e fazer isto arbitrariamente em três dimensões. Enquanto as armadilhas convencionais aprisionam os átomos carregados usando campos elétricos oscilantes na faixa de radiofrequência, a equipe miniaturizou uma armadilha de Penning, parecida com as usadas para lidar com antimatéria, que é baseada na combinação de campos elétricos e magnéticos estáticos.

Isso não apenas permite posicionar o íon em três dimensões, algo que não é possível com as armadilhas de radiofrequência, como também permite detectar os campos oscilantes minúsculos gerados dentro do chip, já que o próprio instrumento só usa campos estáticos.

Funciona assim: Primeiro, feixes de laser são usados para resfriar o sensor atômico, um único íon de berílio, até o ponto em que ele atinge seu menor estado de energia - em outras palavras, o íon efetivamente fica parado. Nesse ponto, a tensão elétrica nos eletrodos da armadilha pode ser ajustada para que o íon se mova para a direita ou para a esquerda, ou para cima e para baixo, com grande precisão.

"Dessa forma, podemos variar a altura acima do chip de 50 micrômetros até 450 micrômetros e escanear uma área de 200 por 200 micrômetros," contou Sagesser.

Aparato de teste, visto de cima: O sensor está localizado no recipiente abaixo da lente prateada.
[Imagem: Tobias Sagesser/ETH Zurich]

Mapa dos campos eletromagnéticos

Com o escâner pronto e instalado próximo ao chip, pode então começar o mapeamento dos campos eletromagnéticos do chip. Os campos elétricos oscilantes no chip afetam continuamente o íon, fazendo com que ele comece a oscilar - quanto mais forte o campo, mais o íon sacode.

Isso significa que o estado de oscilação mecânica quântica do íon fica mudando, o que pode ser medido usando pulsos de laser. A partir dessa mudança, é possível mapear com precisão a intensidade do campo elétrico intrometido, o tal do ruído eletromagnético do chip.

E a precisão é impressionante: Com um intervalo de medição de um segundo, o escâner detectou um campo elétrico com uma amplitude de apenas 10 nanovolts por metro. Para ter uma ideia da magnitude desse valor, basta saber que o campo eletromagnético gerado por um telefone celular é dez mil vezes mais forte mesmo a uma distância de vários quilômetros - não, não é possível medir isso com precisão porque não daria para isolar um celular do resto do Universo para manter a precisão e a sensibilidade de um sensor.

Esta nova técnica de rastreamento de interferências deverá fazer seu caminho para fora dos laboratórios, por exemplo como uma ferramenta para a caracterização de materiais na indústria microeletrônica: Os íons poderão ser usados para escanear diferentes áreas de um chip com diferentes materiais de superfície, a fim de determinar qual material gera os menores ruídos. Os processos de fabricação dos chips também poderão ser otimizados desta forma, dizem os pesquisadores.

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