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Trabalho sobre partículas quânticas ganha Nobel de Física

As pesquisas dos vencedores, um americano e um francês, podem levar à construção de um novo tipo de computador com base na física quântica

A Academia Real de Ciências da Suécia concedeu o Prêmio Nobel de Física deste ano para o francês Serge Haroche e o americano David J. Wineland, por conta de seus experimentos que permitiram medir e manipular partículas quânticas sem destruí-las.

A física quântica estuda as partículas mais fundamentais da física – menores que os átomos e os prótons. De lados opostos do Oceano Atlântico, os dois pesquisadores inventaram métodos capazes de medir essas partículas ao mesmo tempo em que elas mantinham suas características quânticas – o que se pensava impossível. As duas pesquisas abriram portas para uma nova era de experimentos, possibilitaram o desenvolvimento de novas tecnologias e ajudaram na compreensão de nosso mundo em uma escala minúscula.

Perfil

O francês Serge Laroche, vencedor do prêmio Nobel de Física de 2012, ao lado do americano David Wineland

O francês Serge Laroche, vencedor do prêmio Nobel de Física de 2012, ao lado do americano David Wineland (/)

Serge Haroche

Naturalizado francês, Serge Haroche nasceu em Casablanca, no Marrocos, em 1944. Fez seus estudos na década de 1960 em Paris, onde se tornou PhD em Física. Trabalhou nos primeiros anos de sua carreira no CNRS (Centre national de la recherche scientifique, um dos principais centros europeus de pesquisa). Também esteve nos Estados Unidos, onde estudou e lecionou em insituições como MIT, Harvard e Yale. Atualmente é professor do Collège de France, onde é titular da cadeira de Física Quântica.

O americano David Wineland, vencedor do Prêmio Nobel de Física de 2012, ao lado do francês Serge Laroche

O americano David Wineland, vencedor do Prêmio Nobel de Física de 2012, ao lado do francês Serge Laroche (/)

David Wineland

Nasceu em Milwaukee, no estado de Wisconsin (EUA), em 1944. Graduou-se em Berkeley, na Califórnia e se tornou PhD em Física pela Universidade de Harvard, em 1970. Desde 1979 trabalha no NIST (National Institute of Standards and Technology).

Na escala quântica, as partículas individuais de luz e matéria, se comportam de maneira diferente, e as leis da física clássica deixam de valer. Efeitos bizarros da física quântica, como a capacidade das partículas apresentarem dois estados diferentes ao mesmo tempo, não eram capazes de ser observados diretamente, uma vez que essas partículas perdiam essas características assim que interagiam com o mundo externo. Desse modo, esses fenômenos só podiam ser previstos a partir de experimentos mentais e conjecturas teóricas. As pesquisas dos dois cientistas, que estudam a interação entre luz e matéria, foram capazes de medir algumas dessas características pela primeira vez.

Estudos complementares – O estudo de Wineland se baseou na natureza dos íons, átomos eletricamente carregados. O físico usou campos elétricos para manter as partículas aprisionadas no vácuo, longe da radiação e de altas temperaturas. Com um laser, ele conseguiu controlar o estado energético dos íons, permitindo o estudo de fenômenos quânticos dentro do mecanismo. O laser pode, por exemplo, colocar a partícula no estado de superposição, em que ocupa dois níveis energéticos ao mesmo tempo.

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Já a pesquisa de Haroche se focou no comportamento dos fótons, as partículas de luz. Em seu laboratório, ele usou dois espelhos, com três centímetros de distância entre eles, para aprisionar um fóton. Em uma etapa seguinte do experimento, o cientista lançou um átomo em forma de rosca pela cavidade entre os espelhos. Esse átomo foi alterado pela interação com o fóton, e, pela análise de seu estado após atravessar a cavidade, os pesquisadores podem saber se a partícula de luz está presente no experimento ou não. Pela primeira vez, ele foram capazes de medir um fóton sem destruí-lo.

Computador quântico – Os métodos inovadores desenvolvidos pelos ganhadores do Nobel permitiram o início do desenvolvimento de duas novas tecnologias. A primeira, que ainda se encontra muito longe de ser implementada, é o computador quântico. Em teoria, ele permitiria velocidades muito maiores do que as das máquinas de hoje em dia. Os pesquisadores esperam que ele seja desenvolvido ainda neste século, e afete nossa vida do mesmo modo que o computador pessoal mudou o dia a dia das pessoas no século 20. Outra aplicação, essa já atingida em laboratório, foi o desenvolvimento dos chamados relógios óticos, cem vezes mais precisos que os relógios atômicos usados hoje, que podem se tornar a base para um novo padrão de contagem de tempo.

Saiba mais

COMPUTADOR QUÂNTICO

Ao contrário da física clássica, onde os conceitos de onda e partícula estão separados, no universo quântico são as duas faces de um mesmo fenômeno, uma propriedade que, teoricamente, permite multiplicar as capacidades dos computadores. A parte da informação mais básica que um computador atual pode entender é um bit. Este é um dígito binário ou de dois valores, isto é, 0 ou 1, que também é uma unidade de medida no computador que designa a quantidade elementar de informação. No mundo quântico, esta unidade básica, chamada qubit, pode ter valor 0 ou 1 como um bit, mas também possuir os dois valores ao mesmo tempo, uma estrutura descrita como “superposição”. Esta característica, em teoria, permitirá aos computadores quânticos realizar milhões de cálculos simultaneamente. Atualmente, as unidades informáticas de maior desempenho podem decifrar um número de até 150 cifras, mas um número de 1.000 dígitos requereria praticamente toda a potência de cálculo disponível no mundo, enquanto que um computador quântico o faria em apenas algumas horas.

(Com Agência Reuters)