Nova forma de magnetismo pode ajudar no desenvolvimento da computação quântica

Um grupo de pesquisadores do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts) conseguiu demonstrar recentemente um novo tipo magnetismo. Trata-se da terceira forma conhecida do fenômeno físico, cujo domínio pode ajudar no desenvolvimento de mídias de armazenamento, de tecnologias computacionais e de novas formas de comunicação em um futuro relativamente próximo.

A descoberta se deu por meio de um cristal oriundo de um mineral raro, em um processo que tomou dez meses de trabalho dos pesquisadores. A estrutura permitiu demonstrar pela primeira vez o estado magnético conhecido como líquido quantum spin (QSL, na sigla em inglês), conforme explicou o professor de física do MIT Young Lee ao site NetWorkWorld.

Lee é o autor principal de um estudo sobre o QSL a ser publicado em breve no periódico Nature. Em entrevista ao referido site, Lee afirmou que, embora teorias já previssem a existência do líquido quantum spin, ainda ninguém havia conseguido demonstrar sua existência. “Nós acreditamos que isso seja muito importante”, disse o pesquisador – embora tenha relegado aos seus pares o julgamento da validade do trabalho.

Um “líquido” magnético

Embora a pesquisa conduzida por Lee e seus colegas não tivesse, originalmente, seu foco no desenvolvimento de novas tecnologias para a informática, uma característica chamou a atenção do grupo, iluminando utilizações nesse campo. Trata-se do que foi chamado de “entrelaçamento de longo alcance”, algo de particular interesse para a ainda embrionária computação quântica.

Basicamente, enquanto nas duas formas de magnetismo atualmente utilizadas pela indústria – o ferromagnetismo e o antiferromagnetismo – os átomos no interior de um material possuem sempre o mesmo “momento magnético” (a direção do magnetismo), no cristal desenvolvido pelos pesquisadores do MIT cada uma das partículas tem essa dimensão constantemente alterada. Dessa forma, não há a formação de padrões magnéticos baseados em alinhamentos ou em cancelamentos mútuos.

Dessa forma, o termo líquido spin quântico surge como uma analogia – embora, naturalmente, trata-se de um material sólido, de um cristal. “Como os momentos magnéticos não se ordenam, e como eles constantemente flutuam um em relação ao outro, nós chamamos ele de ‘líquido’”, disse o cientista ao NetWorkWorld.

Entretanto, ele reforça que não foi fácil demonstrar a possibilidade. Para obter o cristal – um composto puro da chamada herbertsmithite (imagem acima), descoberta no deserto Atacama (Chile) –, a equipe precisou desenvolver uma técnica própria. O chamado “espalhamento de nêutrons” consiste em cuidadosamente baixar e subir a temperatura dentro de um ambiente controlado, obtendo como resultado cristais com diâmetro não superior a um centímetro.

Entrelaçamento de longo alcance

Durante o processo, entretanto, Lee e sua equipe perceberam uma característica interessante relacionada à disposição de momentos magnéticos dentro do cristal – algo de particular interesse para a computação quântica. Chamado de “entrelaçamento de longo alcance”, o fenômeno implica o efeito do momento magnético de uma partícula sobre o de outra de forma instantânea e a grandes distâncias.

É justamente nesse ponto que o líquido spin quântico vai ao encontro dos chamados “qubits” – estados quânticos atômicos cujo momento define os dígitos “0” e “1”, formando assim a base da computação quântica.

“Ainda há questões que precisam ser melhoradas nesses qubits, de forma que um estado quântico possa durar por bastante tempo sem decair”, explicou Lee ao referido site. “Esse novo tipo de estado [o líquido spin quântico], com seu entrelaçamento de longo alcance, é algo bastante robusto, algo protegido em relação a isso.”

Novas tecnologias de comunicação

Além de representar um passo natural para a computação quântica, os cristais QSL também devem fomentar o desenvolvimento de novas tecnologias de comunicação. Conforme explicou o cientista ao NetWorkWorld, o material poderia ser convertido em um supercondutor para transmissões elétricas em linhas de força.

Mas talvez seja ainda um tanto cedo para imaginar todos os desdobramentos do novo QSL para a computação e para as tecnologias de transmissão de dados. “Uma vez que nós tenhamos entendido mais sobre a base física, poderão ocorrer boas ideias em aspectos de engenharia, mas nós ainda estamos em um ponto muito inicial das pesquisas.” De acordo com o pesquisador, soluções práticas baseadas no QSL ainda devem demorar muitos anos para aparecer.

Fonte: NetWorkWorld