Pedra preciosa da África tem chave para computadores quânticos de luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/04/2022

O mineral principal do cristal extraído na Namíbia é o óxido cuproso.
[Imagem: University of St Andrews]

Joia fotônica

Uma forma especial de luz feita foi criada usando uma pedra preciosa minerada na Namíbia anos atrás.

As quasipartículas gigantes de luz criadas pelo cristal podem ser a chave para construir uma nova geração de computadores quânticos baseados em luz.

O mineral principal do cristal é o óxido cuproso (Cu₂O), que tem propriedades optoeletrônicas incomparáveis.

Pesquisadores da Austrália, Dinamarca, EUA e Reino Unido usaram a pedra preciosa para produzir polaritons de Rydberg, as maiores partículas híbridas de luz e matéria já criadas.

Polaritons de Rydberg

Polaritons são quasipartículas resultantes da interação entre fótons (luz) e excitons (matéria).

Já os polaritons de Rydberg mudam continuamente da luz para a matéria e vice-versa. Neles, luz e matéria são como dois lados de uma mesma moeda, e o lado da matéria é o que faz os polaritons interagirem entre si.

Essa interação é crucial porque é isso que permite a criação de simuladores quânticos, um tipo especial de computador quântico que permite simular fenômenos naturais sem precisar programá-los por meio de algoritmos que usam equações descrevendo esses fenômenos - em um simulador quântico, em lugar de uma equação descrevendo o fenômeno, é o próprio fenômeno que ocorre em toda a sua glória.

Essa capacidade pode permitir que simuladores quânticos resolvam mistérios importantes da física, química e biologia, por exemplo, como fazer supercondutores de alta temperatura para trens de alta velocidade ou fertilizantes mais baratos, assim como descobrir como as proteínas se dobram, facilitando a produção de medicamentos mais eficazes.

"Fazer um simulador quântico com luz é o santo graal da ciência. Demos um grande salto em direção a isso criando polaritons Rydberg, o principal ingrediente deles," disse o professor Hamid Ohadi, da Universidade de St Andrews.

O sanduíche de espelhos e cristal fazem matéria e luz transicionarem uma na outra continuamente.
[Imagem: Konstantinos Orfanakis et al. - 10.1038/s41563-022-01230-4]

Rumo ao simulador quântico

Para criar os polaritons Rydberg, os pesquisadores prenderam a luz entre dois espelhos altamente reflexivos.

Entre eles foi colocado um cristal de óxido cuproso polido na forma de uma placa de 30 micrômetros de espessura (mais fino que um fio de cabelo humano). A interação da luz com o cristal produziu polaritons Rydberg 100 vezes maiores do que em qualquer experimento anterior, o que facilita largamente sua utilização prática.

A equipe está agora refinando ainda mais sua técnica e seu dispositivo para explorar a possibilidade de fazer circuitos quânticos, que são o ingrediente seguinte para se chegar aos simuladores quânticos fotônicos.

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