Forma exótica de matéria viabiliza computadores quânticos ainda mais poderosos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/11/2024

Tudo se baseia na exploração de materiais monocamadas ligeiramente deslocados um do outro por um "ângulo mágico".
[Imagem: Philip Krantz/Krantz NanoArt]

Fracionamento dos elétrons

Físicos descobriram que é possível criar uma forma exótica de matéria que poderá ser manipulada para formar qubits, ou bits quânticos, que tornarão os computadores quânticos ainda mais poderosos do que aqueles em desenvolvimento hoje.

A descoberta vem na esteira de outra, feita no ano passado, quando foi descoberto um estado exótico da matéria que acomoda elétrons que podem se dividir em frações de si mesmos. O fenômeno geral de fracionamento dos elétrons envolveu vários trabalhos e equipes e pelo menos dois prêmios Nobel, mas esta descoberta mais recente mostrou como dividir elétrons sem precisar usar um campo magnético, o que é interessante não apenas por que facilita os experimentos, mas também torna os materiais mais úteis para aplicações práticas.

Quando os elétrons se dividem em frações de si mesmos, essas frações são conhecidas como ânyons - não confunda com um ânion, que é um íon com carga negativa. De fato, seu nome vem de "any", qualquer em inglês, uma referência a qualquer estatística, e "on" é o sufixo normalmente adicionado ao nome das partículas.

Os ânyons vêm em uma variedade de sabores, ou classes, mas são geralmente classificados como abelianos ou não-abelianos. O sim ou não abeliano refere-se às estatísticas das quasipartículas: ânyons abelianos obedecem estatísticas comutativas, enquanto ânyons não-abelianos não.

Os ânyons descobertos nos materiais de 2023 são ânyons abelianos, e agora foi a vez dos muito mais interessantes ânyons não abelianos.

A twistrônica também está tirando proveito dos quasicristais.
[Imagem: Sergio C. de la Barrera]

Ânyons não-abelianos

Agora, três equipes, trabalhando de modo independente, descobriram que é possível usar o mesmo material para criar os exóticos ânyons não-abelianos. Uma das equipes pertence ao MIT e Universidade de Santa Bárbara, outra à Universidade Johns Hopkins e a terceira às universidades Harvard e Berkeley e Laboratório Nacional Lawrence Berkeley.

"Os ânyons não-abelianos têm a capacidade desconcertante de 'lembrar' suas trajetórias espaço-temporais; esse efeito de memória pode ser útil para a computação quântica," resumiu o professor Liang Fu, membro da equipe do MIT.

Os três trabalhos demonstraram que é possível criar ânyons não-abelianos em um material moiré composto de camadas atomicamente finas de ditelureto de molibdênio (MoTe₂).

Materiais moiré são materiais que apresentam uma estrutura com um tipo de desenho geométrico que surge quando dois padrões são colocados um sobre o outro. Quando materiais bidimensionais são empilhados, surgem novas propriedades que não existem nas camadas individuais. E, quando essas camadas são torcidas para formar um padrão moiré, torna-se possível fazer um ajuste sem precedentes das propriedades eletrônicas do material.

Por enquanto, a maioria dos pesquisadores vem-se concentrando principalmente em torcer o grafeno, mas outros materiais bidimensionais também servem.
[Imagem: W. N. Mizobata et al. - 10.1088/2053-1583/ac277f]

Computadores quânticos mais poderosos

Com o novo material tão bem delineado pelas três equipes, resta agora sintetizá-lo e comprovar as previsões.

Se, ou quando, as previsões forem confirmadas experimentalmente, estes resultados poderão viabilizar computadores quânticos mais confiáveis e mais versáteis, que poderão executar uma gama maior de tarefas. Outros teóricos já elaboraram protocolos para tirar proveito desses estados não-abelianos como qubits.

As previsões feitas agora se baseiam em avanços recentes nos materiais 2D, aqueles que consistem em apenas uma ou algumas camadas de átomos - pelo que sabemos, ânyons só podem se formar em materiais bidimensionais.

O trabalho também reforça outro campo emergente de pesquisas, chamado twistrônica, ou flexotrônica, que nasceu justamente da manipulação dos materiais moiré.

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