Estado quântico puro é obtido a temperatura ambiente

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 12/08/2025

Do clssico ao quntico

Quando falamos de experimentos, materiais ou tecnologias qunticas, estamos falando de experimentos, materiais e tecnologias onde os elementos constituintes seguem as leis da mecnica quntica, e no da mecnica clssica.

Para observar essas leis e os comportamentos delas resultantes, precisamos usar como peas partculas como tomos, no mximo molculas, e ainda assim precisamos resfriar tudo at perto do zero absoluto, para que essas partculas sosseguem o suficiente para poderem ser controladas.

Mas ningum quer essa limitao. Ainda no sabemos se existe uma fronteira entre o mundo clssico e o mundo quntico, mas j sabemos que, se quisermos tornar tecnicamente utilizveis as propriedades do mundo quntico, precisaremos descobrir se, e como, objetos significativamente maiores do que tomos e molculas podem apresentar fenmenos qunticos.

Lorenzo Dania e colegas da ustria e da Sua acabam de dar um passo de gigante nesse sentido: Eles conseguiram estabilizar objetos relativamente grandes a tal ponto que eles se movem quase exclusivamente de uma maneira determinada pela fsica quntica – e no apenas quando eles so resfriados perto do zero absoluto, mas at mesmo temperatura ambiente.

Estado fundamental

Na vida cotidiana, presumimos que possvel ocorrer qualquer tipo de oscilao. Por exemplo, o pndulo de um relgio pode ser girado em qualquer ngulo e pode oscilar um pouco mais forte ou um pouco mais fraco. No mundo quntico, porm, as coisas so diferentes: Se observarmos oscilaes com energia muito baixa, descobriremos que existem “quanta de oscilao” muito especficos.

Assim, existe uma vibrao mnima, conhecida como “estado fundamental”, uma vibrao ligeiramente mais alta, que carrega um pouco mais de energia (o “primeiro estado excitado”), e assim por diante. Enquanto no mundo clssico as coisas so contnuas, no h estados intermedirios no mundo quntico. Mas h algumas “vantagens”: A partcula pode existir em uma combinao de diferentes estados de vibrao, uma superposio de vibraes diferentes, o que um dos conceitos centrais da fsica quntica.

Quanto tentamos “unificar”, ou fazer uma ponte, entre os reinos clssico e quntico, precisamos ento colocar partculas cada vez maiores em estados nos quais essas propriedades qunticas se tornam aparentes e mensurveis. Hoje, isso s funciona com partculas na escala atmica e molecular quando voc as coloca prxima do seu estado fundamental, ou seja, prximo do zero absoluto.

Agora, os pesquisadores desenvolveram uma tcnica que permite que um aspecto muito especfico das partculas seja levado a um estado fsico quntico, mesmo que a prpria partcula esteja em um estado quente e desordenado.

Pureza quntica

O experimento consiste em trs nanoesferas de vidro grudadas umas nas outras para formar um aglomerado em forma de torre, semelhante a quando voc empilha trs bolas de sorvete uma sobre a outra. Com a ajuda de um dispositivo ptico e feixes de laser, os pesquisadores conseguiram manter esses objetos quase completamente imveis, em levitao.

Isso significativo para o desenvolvimento de sensores e de computadores qunticos, que atualmente so as aplicaes mais promissoras da pesquisa quntica.

“Usamos uma nanopartcula que no perfeitamente redonda, mas ligeiramente elptica,” explicou Carlos Ballestero, do Instituto Federal de Tecnologia (ETH) de Zurique, na Sua. “Quando voc segura uma partcula dessas em um campo eletromagntico, ela comea a girar. Nossa pergunta era: Podemos ver as propriedades qunticas dessa vibrao rotacional? Podemos extrair energia desse movimento rotacional at que ele esteja principalmente no estado fundamental quntico?”

Um sistema de espelhos e um laser deram conta do recado. “O laser pode fornecer energia nanopartcula ou retirar energia dela,” detalhou Ballestero. “Ajustando os espelhos de forma adequada, possvel garantir que a energia seja extrada com alta probabilidade e adicionada apenas com baixa probabilidade. A energia do movimento rotacional, portanto, diminui at nos aproximarmos do estado fundamental quntico.”

Isso tornou possvel criar um estado significativamente “mais puro” em termos de fsica quntica do que era possvel anteriormente com partculas semelhantes, e sem necessidade de resfriamento – os pesquisadores chamam essa situao de “pureza quntica”.

“Isso permite que a energia do movimento rotacional seja reduzida de forma muito eficaz, sem a necessidade de reduzir a energia trmica interna da nanopartcula ao mesmo tempo. Surpreendentemente, a rotao pode congelar, por assim dizer, mesmo que a prpria partcula tenha uma alta temperatura,” concluiu Ballestero.

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