Uma nova rotação de átomos

Pesquisadores americanos desenvolveram uma maneira de controlar e medir átomos que estão tão próximos que são impossíveis de distinguir por meios ópticos.

Quando os átomos ficam aconchegantes – isto é, a alguns bilionésimos de um metro um do outro – eles exibem um comportamento mecânico quântico interessante. 

Nessa escala, seus spins começam a exercer influência uns sobre os outros, e dois ou mais átomos podem ficar emaranhados: um estranho fenômeno quântico em que os átomos irão espelhar as propriedades uns dos outros instantaneamente, mesmo que estejam a quilômetros ou anos-luz de distância.

O emaranhamento é a chave para tecnologias futuras como a computação quântica – mas, primeiro, os cientistas devem observar e compreender esses átomos compactados. 

Microscópios convencionais são incapazes de distinguir entre átomos que estão separados por apenas nanômetros, assim como nossos olhos são freqüentemente incapazes de resolver espacialmente duas estrelas distantes que estão juntas no céu noturno.

Pesquisadores da Universidade de Princeton já demonstraram uma técnica para resolver esses átomos. Em um artigo publicado na revista Science, eles descrevem o uso de um laser afinado para excitar átomos de érbio espaçados em um cristal.

Cada átomo responde de forma ligeiramente diferente a diferentes comprimentos de onda, reemitindo a luz em frequências exclusivas que mudam sutilmente de acordo com o estado de rotação de um átomo.

“Ajustando o laser com cuidado para a frequência de um ou a frequência do outro, podemos abordar [os átomos], embora não tenhamos capacidade de resolvê-los espacialmente”, explica o autor principal Jeff Thompson, engenheiro elétrico de Princeton. 

“Cada átomo vê toda a luz, mas eles só ouvem a frequência com a qual estão sintonizados.”

Thompson e sua equipe exploraram esse fato para observar e controlar os átomos de érbio, estabelecendo a base para estudar as intrigantes interações de spin com clareza sem precedentes.

“Sempre nos perguntamos, no nível mais fundamental – dentro dos sólidos, dentro dos cristais – o que os átomos realmente fazem? Como eles interagem? ” diz o físico Andrei Faraon, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, que não esteve envolvido na pesquisa. “Este [artigo] abre a janela para estudar átomos que estão muito próximos.”

Outras técnicas foram desenvolvidas para resolver esse problema de observação, mas esse novo método é único em sua capacidade de observar centenas de átomos por vez. Isso significa que os pesquisadores podem reunir grandes volumes de dados e começar a desvendar os mistérios do mundo quântico.

A próxima etapa será descobrir como organizar os átomos de érbio para formar portas lógicas quânticas, que podem então ser usadas para codificar e processar informações em um circuito quântico.

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Traduzido e editado por equipe Isto é Interessante 

Fonte: Cosmos Magazine