Material exótico pode impulsionar a computação quântica

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos EUA, deram um passo importante em direção ao futuro da computação quântica ao demonstrar a viabilidade de criação de partículas exóticas chamadas anyons, com potencial para formar qubits mais confiáveis ​​e avançados.

Artigo publicado recentemente na revista Cartas de revisão física relata que essas partículas podem ser geradas em estruturas conhecidas como materiais moiré, que são compostas por camadas atômicas precisamente empilhadas.

O que você vai ler aqui:

• Os físicos do MIT avançaram na criação de anyons, partículas ideais para qubits confiáveis, usando materiais moiré;
• A pesquisa concentra-se em anyons não-Abelianos, que “memorizam” trajetórias, o que os torna úteis para computação quântica estável;
• O material utilizado foi ditelureto de molibdênio;
• Cálculos numéricos e teorias abstratas foram combinados para prever novos estados quânticos;
• Anyons não-Abelianos prometem computadores quânticos mais robustos e eficientes.
• Os resultados destacam o potencial dos materiais bidimensionais para o avanço da computação quântica.

Em um declaraçãoos autores do estudo explicam que o conceito de anyons surgiu em 1982, quando os cientistas descobriram que os elétrons podem se dividir em frações de si mesmos, em um fenômeno chamado fracionamento de elétrons. Esta descoberta, que levou ao Prémio Nobel, dependeu de campos magnéticos intensos para criar tais estados.

Qualquer pessoa é capaz de “lembrar” suas trajetórias no espaço-tempo

Em 2023, experimentos demonstraram pela primeira vez que é possível formar qualquer pessoa sem a aplicação de campos magnéticos, o que abriu novas possibilidades de pesquisa. Esses primeiros anyons, chamados abelianos, são uma classe menos complexa, mas sua descoberta foi um marco na física quântica.

Agora, os físicos do MIT foram mais longe em suas pesquisas, propondo a criação de anyons não-abelianos, uma classe ainda mais excêntrica. Essas partículas possuem propriedades únicas, como a capacidade de “lembrar” suas trajetórias no espaço-tempo, o que as torna ideais para aplicações em computação quântica.

Liang Fu, professor do Departamento de Física do MIT e líder do estudo, destaca que esta memória intrínseca é crucial para o desenvolvimento de qubits mais estáveis ​​e resistentes a erros. “Os resultados dos experimentos de 2023 superaram nossas previsões teóricas. Isso nos encoraja a pensar com mais ousadia.”

A pesquisa foi realizada com base em materiais bidimensionais, cuja versatilidade permite a criação de estruturas personalizadas para explorar propriedades quânticas inéditas. Os materiais moiré, em particular, têm atraído grande atenção pelas suas capacidades únicas.

No estudo, o material escolhido foi o ditelureto de molibdênio, que se mostrou capaz de suportar anyons não-abelianos quando os elétrons estão sintonizados em densidades específicas, como 3/2 ou 5/2 por célula unitária.

Discovery abre novas possibilidades para a computação quântica

Segundo Aidan P. Reddy, coautor do artigo, a complexidade do trabalho reside em conectar cálculos numéricos detalhados com teorias abstratas. Ele diz que o projeto foi uma oportunidade única de combinar essas duas abordagens para prever um novo estado quântico da matéria.

Anyons não-Abelianos poderiam levar a computadores quânticos mais robustos, capazes de realizar tarefas que excedem as capacidades das tecnologias atuais, garantem os cientistas. Além disso, os teóricos já desenvolveram métodos para utilizar esses estados como qubits e manipulá-los para operações de computação quântica de alta precisão.

Os resultados do MIT reforçam a relevância dos materiais bidimensionais como plataformas para descoberta de novas fases da matéria e representam um avanço na busca por uma computação quântica mais eficiente. Embora o trabalho ainda dependa de confirmações experimentais, ele sinaliza uma transformação na forma como a ciência vê a construção de qubits e abre caminho para aplicações que possam redefinir os limites da tecnologia.