Osciladores macroscópicos movem-se como um só no nível quântico

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/05/2025

Osciladores qu?nticos acoplados

As tecnologias qu?nticas est?o transformando nossa intera??o, nossa computa??o e at? nossa compreens?o do Universo.

E isso inclui atualiza??es de tecnologias cl?ssicas j? conhecidas. ? o caso dos osciladores mec?nicos, dispositivos atualmente macrosc?picos que s?o vitais nos rel?gios, celulares e lasers. Construir osciladores macrosc?picos qu?nticos - sens?veis ? a??o de el?trons ou f?tons, por exemplo - pode ter muitas vantagens, como viabilizar sensores e componentes ultrassens?veis para comunica??es ultrasseguras, computa??o qu?ntica, equipamentos neurol?gicos e uma infinidade de outras possibilidades.

A grande dificuldade est? em controlar os osciladores mec?nicos em n?vel qu?ntico, j? que sair dos osciladores qu?nticos individuais, rumo a dispositivos que tirem proveito de um comportamento coletivo, em que muitos osciladores atuam como um s?, exige que as diferentes unidades sejam fabricadas quase id?nticas, ou seja, pr?ximas da perfei??o.

A boa not?cia ? que Mahdi Chegnizadeh e colegas da Escola Polit?cnica Federal de Lausanne, na Su??a, est?o trabalhando nisso e acabam de colher os primeiros frutos. Eles conseguiram fabricar e por para funcionar seis osciladores mec?nicos qu?nticos em um estado coletivo.

"Isso ? poss?vel devido ? desordem extremamente baixa entre as frequ?ncias mec?nicas em uma plataforma supercondutora, atingindo n?veis t?o baixos quanto 0,1%," detalhou o pesquisador. "Essa precis?o permitiu que os osciladores entrassem em um estado coletivo, onde se comportam como um sistema unificado, em vez de componentes independentes."

Comportamento qu?ntico coletivo

Para permitir a observa??o dos efeitos qu?nticos coletivos, a equipe utilizou o resfriamento de banda lateral, uma t?cnica que reduz a energia dos osciladores ao seu estado fundamental qu?ntico - a menor energia poss?vel permitida pela mec?nica qu?ntica.

O resfriamento de banda lateral funciona projetando um laser em um oscilador, com a luz do laser ajustada para uma frequ?ncia ligeiramente abaixo da frequ?ncia natural do oscilador. A energia da luz interage com o sistema vibrat?rio de modo a extrair energia dele, fazendo-o resfriar-se. O resfriamento ? crucial para a observa??o dos efeitos qu?nticos, que s?o muito delicados, j? que reduz as vibra??es t?rmicas e aproxima o sistema da imobilidade.

A transi??o da din?mica individual para a din?mica coletiva ? feita refor?ando o acoplamento entre uma cavidade de micro-ondas e os osciladores. "Mais interessante ainda, ao preparar o modo coletivo em seu estado fundamental qu?ntico, observamos a assimetria qu?ntica de banda lateral, que ? a marca registrada do movimento coletivo qu?ntico. Normalmente, o movimento qu?ntico ? confinado a um ?nico objeto, mas aqui ele abrangeu todo o sistema de osciladores," disse o pesquisador Marco Scigliuzzo.

Os pesquisadores tamb?m observaram taxas de resfriamento mais altas e o surgimento de modos mec?nicos "escuros", ou seja, modos que n?o interagem com a cavidade do sistema, o que permite que eles retenham maior energia.

O aparato tamb?m fornece uma confirma??o experimental de teorias sobre o comportamento qu?ntico coletivo em sistemas mec?nicos e abre novas possibilidades para a explora??o dos fr?geis estados qu?nticos individuais, que aqui s?o muito refor?ados. Isso ter? implica??es importantes para o futuro das tecnologias qu?nticas, j? que a capacidade de controlar o movimento qu?ntico coletivo em sistemas mec?nicos pode levar a avan?os na detec??o qu?ntica (sensores) e na gera??o de entrela?amento entre m?ltiplas part?culas.

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