Criado um qubit de antimatéria

Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 28/07/2025

Antiqubit

Em um avano para a pesquisa de antimatria, uma equipe do LHC (Grande Colisor de Hdrons) conseguiu manter um antiprton – a contraparte de antimatria do prton – oscilando suavemente entre dois estados qunticos diferentes por quase um minuto.

Esta a primeira demonstrao de um bit quntico de antimatria, ou qubit, e sua realizao mostra uma via experimental que permitir fazer comparaes substancialmente mais precisas entre o comportamento da matria e da antimatria (veja O que acontece quando a matria encontra a antimatria?).

Partculas como o antiprton, que tem a mesma massa mas carga eltrica oposta do prton, se comportam como barras magnticas em miniatura, que podem apontar em uma de duas direes, dependendo do seu spin, o momento magntico da partcula.

O modo como esses momentos magnticos se alternam medido por uma tcnica chamada espectroscopia de transio quntica coerente, uma ferramenta essencial nas pesquisas sobre sensores qunticos e no processamento quntico de informaes. Essas medies tambm permitem fazer testes de alta preciso das leis fundamentais da natureza, incluindo a simetria carga-paridade-tempo (CPT), que afirma que matria e antimatria se comportam de forma idntica – o problema que isso contradiz a observao de que a matria supera em muito a antimatria no Universo.

Embora transies qunticas coerentes j tenham sido observadas em grandes colees de partculas e em ons aprisionados, elas nunca haviam sido observadas em um nico tomo (mais precisamente, em um nico momento magntico nuclear livre), como os que aparecem nas ilustraes dos livros didticos de fsica.

O feito coube colaborao BASE (sigla em ingls para Experimento da Simetria Brion-Antibrion), um experimento que estuda antiprtons produzidos na fbrica de antimatria do CERN, a entidade que administra o LHC.

Medies de antimatria

Para fazer as medies, a equipe confina os antiprtons dentro de um aparato especial chamado armadilha de Penning, uma espcie de garrafa para guardar antimatria.

O experimento pode ser comparado a empurrar uma criana em um balano: Com o empurro certo, o balano se move para frente e para trs em um ritmo perfeito. Agora imagine que o balano um nico antiprton preso, oscilando entre seus estados de spin “para cima” e “para baixo” em um ritmo suave e controlado.

Isso torna a partcula de antimatria um qubit de pleno direito, no apenas podendo representar dois estados binrios, como tambm apresentar a superposio, a propriedade quntica que faz com que ele possa conter ambos os valores ao mesmo tempo.

A colaborao BASE conseguiu isso usando um sistema sofisticado de armadilhas eletromagnticas para dar ao antiprton o “empurro” certo no momento certo. E, como esse balano tem propriedades qunticas, o qubit de antimatria pode at apontar em direes diferentes ao mesmo tempo.

Salto quntico. Mas no para computadores

Usando a primeira verso desse experimento, a colaborao BASE j havia demonstrado que as magnitudes dos momentos magnticos do prton e do antiprton so idnticas com uma diferena de apenas algumas partes por bilho – qualquer pequena diferena em suas magnitudes quebraria a simetria carga-paridade-tempo e apontaria para uma nova fsica alm do Modelo Padro da fsica de partculas.

No entanto, aquele resultado anterior usou uma tcnica de espectroscopia incoerente, na qual as transies qunticas eram perturbadas por flutuaes do campo magntico e interferncias nas medies. Nesta atualizao do experimento, esses mecanismos de decoerncia foram eliminados, culminando na primeira espectroscopia coerente de um spin antiprotnico. A equipe conseguiu isso por um perodo – chamado tempo de coerncia do spin – de 50 segundos.

“Isso representa o primeiro qubit de antimatria e abre a perspectiva de aplicar todo o conjunto de mtodos de espectroscopia coerente a sistemas individuais de matria e antimatria em experimentos de preciso,” disse Stefan Ulmer, porta-voz da BASE. “Mais importante ainda, isso ajudar a BASE a realizar medies de momento antiprton em experimentos futuros com preciso de 10 a 100 vezes maior.”

Embora os qubits sejam os blocos de construo bsicos dos computadores qunticos, largamente improvvel que o qubit de antimatria demonstrado agora tenha aplicaes imediatas fora da fsica fundamental – colocar armadilhas de antimatria para segurar os qubits seria um complicador indesejado para qualquer projeto de computador quntico.

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