Nobel em Física sai para pesquisa ligada a computação quântica

 

Serge Haroche, da França, e David Wineland, dos EUA, demonstraram a viabilidade de fazer medições em partículas sem destruir seu estado original – algo até então tido como impossível.

A sutileza do mundo quântico chega a ser cruel. Ao tentar medir o estado de uma única partícula, a tendência é destruí-lo pela simples interação. O Prêmio Nobel em Física deste ano foi para dois pesquisadores que conseguiram driblar essa dificuldade e, com isso, revolucionaram o estudo das regras básicas da natureza que regem as menores escalas. Seu trabalho pioneiro pode culminar no desenvolvimento de supercomputadores capazes de proezas hoje praticamente impossíveis.

Serge Haroche, do Collège de France e da Ecole Normale Supérieure, em Paris, e David J. Wineland, do National Institute of Standards and Technology (NIST) e da Universidade de Colorado em Boulder, nos Estados Unidos, vão dividir a láurea e os 8 milhões de coroas suecas destinados à premiação.
Segundo a comissão que decide os vencedores do Nobel, eles foram agradiados por terem desenvolvido “métodos experimentais revolucionários que permitem a medição e manipulação de sistemas quânticos individuais” – algo que até então era tido como praticamente impossível pelos físicos.

O mundo quântico, que diz respeito ao comportamento individual de partículas e subpartículas, é muito diferente da física a que nos acostumamos na vida cotidiana. Sai de cena o mecanicismo clássico newtoniano que rege os objetos manipuláveis e entra um conjunto de regras contraintuitivo e desafiador.

Na mecânica quântica, por exemplo, as partículas não definem seu estado até que sejam observadas. Antes disso, podem – e diz-se que têm – todos os estados possíveis ao mesmo tempo. E a definição, ocasionada pela observação, via de regra, equivale a destruir o estado original.

Haroche e Wineland conseguiram, individualmente, vencer experimentalmente o desafio de conduzir medições em partículas sem destruir o estado quântico original. Assim, puderam examiná-las, controlá-las e contabilizá-las de uma forma antes tida como impossível.

Os dois usaram abordagens diferentes, e complementares, para atingir esse fim. Enquanto Wineland aprisionou átomos com carga elétrica – os ditos íons – em armadilhas e, por meio de partículas de luz – os fótons – conseguiu manipulá-los preservando seu estado quântico, Haroche seguiu o caminho contrário: desenvolveu a técnica de controlar e medir fótons aprisionados ao enviar átomos para uma armadilha.

A pesquisa dos dois está no campo cada vez mais efervescente da óptica quântica, que visa estudar a interação fundamental entre luz e matéria. A ideia é que, no futuro, o entendimento desses aspectos mais delicados e sutis do mundo quântico permitam a criação de supercomputadores capazes de fazer cálculos hoje impossíveis para as máquinas.

Esses computadores quânticos se baseiam na noção de que, com partículas capazes de manter vários estados quânticos ao mesmo tempo, é possível executar diversas operações simultaneamente, acelerando brutalmente o processamento paralelo de informação. Por ora, é um sonho ainda a ser realizado, mas o caminho começou a ser pavimentado por Haroche e Wineland.
Precisão

"O Nobel reconhece a importância de uma linha de pesquisa que permitiu a medida e a manipulação de sistemas quânticos individuais. É possível, hoje em dia, controlar a interação de um único átomo com um único fóton em uma cavidade!", diz Luiz Davidovich, físico da UFRJ que teve forte colaboração com o grupo de Serge Haroche, desde o início da década de 1980.

"Os resultados obtidos, além de permitirem a demonstração de sutis propriedades do mundo quântico, abrem o caminho para o desenvolvimento do que tem sido chamado de 'tecnologias quânticas', que podem levar a avanços consideráveis nas áreas de computação e transmissão de informação."

Davidovich cita que progressos já foram feitos nesse sentido, atingindo estágio prático. "A comunicação quântica, que utiliza propriedades da física quântica para proteger a transmissão de dados, já tem sido utilizada, por exemplo, na transmissão de votos eleitorais em Genebra."
Além de Davidovich, outro pesquisador brasileiros que tem laços com Haroche é Paulo Nussenzveig, da USP. Ele fez seu doutorado sob os auspícios do vencedor francês do Nobel. "Fiquei um pouco surpreso por sair nesse ano, tendo em vista que o último prêmio para a área de óptica foi há apenas três anos", diz. "Mas considero certamente merecido."

"Tanto o Haroche quanto o Wineland exploraram um terreno inóspito: a 'fronteira' entre o mundo quântico e o mundo clássico. Sabemos que existem vários fenômenos físicos que ocorrem na escala microscópica que não observamos no mundo macroscópico. Por que isso ocorre? Conforme vários outros pesquisadores haviam proposto, a interação com o ambiente destrói propriedades quânticas frágeis como a coerência de superposições de estados. Esse fenômeno, chamado de descoerência, era uma teoria até 1996. A partir de então, passou a ser considerado um fenômeno físico, observado em laboratório."
CONTATOS
Luiz Davidovich (UFRJ)
ldavid@if.ufrj.br
Paulo Nussenzveig (USP)
nussen@if.usp.br

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