Nanotecnologia

Menor Torre Eiffel do mundo vira plataforma para computação quântica

Torre Eiffel feita de átomos vira plataforma para computação quântica
A menor Torre Eiffel do mundo é formada por átomos individuais posicionados um a um. [Imagem: Daniel Barredo et al. - 10.1038/s41586-018-0450-2]

Torre Eiffel de átomos

Cientistas franceses usaram pinças ópticas para fazer uma torre Eiffel com átomos de rubídio como "tijolos".

"Nós podemos criar 'armadilhas' em quase qualquer geometria desejada e carregar átomos nelas," disse o professor Daniel Barredo, da Universidade de Paris-Saclay.

O objetivo original, segundo Barredo, era oferecer um vislumbre do que será o futuro da química, quando os átomos serão manipulados individualmente para formar novos materiais e novas substâncias.

De fato, ao controlar cada átomo individualmente, mantendo-os separados por alguns micrômetros, é possível criar um sistema que pode ser adequado para os estudos e manipulações da química do futuro.

Contudo, o trabalho assumiu uma perspectiva mais a curto prazo, com uma possibilidade real de utilização para a computação quântica. A simulação de reações químicas em sistemas atômicos é uma das áreas de maior destaque atualmente, com os simuladores quânticos mostrando-se um passo definitivo rumo aos computadores quânticos.

Armadilhas para átomos

Pinças ópticas são mesmo pinças, no sentido de que podem pegar e mover objetos, mas suas hastes são formadas por feixes de laser. O campo elétrico oscilante da luz interage com elétrons ao redor de um átomo, mudando a forma como sua carga é distribuída e formando um dipolo. Ao mesmo tempo, o foco do laser forma um gradiente de força de campo, que exerce uma força sobre o dipolo, fazendo com que os átomos desloquem-se para o ponto focal, onde o campo é mais forte - é esse ponto focal que os pesquisadores chamam de "armadilha'.

A grande descoberta de Barredo e seus colegas, feita "quase acidentalmente", segundo ele, é que é possível transferir um átomo de uma armadilha para outra com pouquíssimos erros, permitindo uma nova abordagem de "classificação de átomos". Usando um modulador de luz comercial, eles criaram um padrão 3D em um único feixe de laser, um padrão que inclui regiões de alta intensidade que funcionam como armadilhas para os átomos.

"[O feixe de laser] contém a matriz alvo, mais armadilhas adicionais, que atuam como reservatórios de átomos," descreve Barredo. "Para descobrir a posição desses átomos na matriz 3D, tiramos uma foto de cada plano de átomos."

Um algoritmo então identifica onde os átomos estão e decide, em cerca de um milissegundo, como melhor movê-los para a forma desejada. Finalmente, os defletores ópticos guiam outro feixe de laser, que move os átomos do reservatório para o lugar, levando cerca de um milissegundo para cada um. As matrizes finais têm cerca de 100 micrômetros de lado, o que equivale à largura de um fio de cabelo, deixando bastante espaço entre os átomos.

Torre Eiffel feita de átomos vira plataforma para computação quântica
Esquema do experimento, que se tornou uma nova plataforma para a computação quântica. [Imagem: Daniel Barredo et al. - 10.1038/s41586-018-0450-2]

Plataforma para a computação quântica

Estas estruturas fotônicas de controle representam uma novidade e parecem particularmente promissoras como uma plataforma de computação quântica porque abrem o caminho para o entrelaçamento quântico entre partículas selecionadas de forma totalmente programável, algo nunca demonstrado em nenhuma plataforma atualmente usada para a construção de simuladores e processadores quânticos, como as usadas pelo Google ou pela IBM, por exemplo.

"Estamos prontos para realizar as primeiras simulações quânticas em geometrias 3D sintonizáveis usando esta plataforma," anunciou Barredo.

Bibliografia:

Synthetic three-dimensional atomic structures assembled atom by atom
Daniel Barredo, Vincent Lienhard, Sylvain de Léséleuc, Thierry Lahaye, Antoine Browaeys
Nature
Vol.: 561, pages 79-82
DOI: 10.1038/s41586-018-0450-2




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