Uma equipa de investigadores da Universidade Estatal da Luisiana, nos Estados Unidos de América, desenvolveu o primeiro material quântico capaz de funcionar à temperatura ambiente, um avanço que poderá acelerar o desenvolvimento de computadores quânticos, comunicações ultra-seguras e novas tecnologias energéticas sem a necessidade de sistemas complexos de refrigeração.
Os resultados da iniciativa foram publicados na revista científica Nature e representam um marco para a física quântica, uma vez que a maioria dos materiais quânticos conhecidos apenas apresenta as suas propriedades a temperaturas próximas do zero absoluto.
Os materiais quânticos distinguem-se por terem o seu comportamento governado pelas leis da mecânica quântica. No entanto, o calor ambiente tende a interferir nesses fenómenos, tornando necessário recorrer a sistemas criogénicos para preservar as suas características. A nova descoberta demonstra, pela primeira vez, que é possível ultrapassar essa limitação.
A investigação, liderada por Chenglong You, permitiu criar um material artificial denominado “metacristal plasmónico estatístico quântico”, concebido integralmente a partir de princípios teóricos. Em vez de procurarem um material natural com as propriedades desejadas, os cientistas desenharam a sua estrutura à escala microscópica para manipular estados quânticos da luz em condições normais.
“Uma das partes mais entusiasmantes da iniciativa foi perceber que podíamos construir um material que faz algo que a natureza não oferece por si só. Ver que funciona exactamente como previmos foi incrivelmente gratificante”, afirmou Chenglong You.
O material foi produzido através da deposição de uma fina camada de ouro sobre uma superfície de vidro, posteriormente esculpida com centenas de fendas microscópicas utilizando feixes de iões. Estas estruturas funcionam como “meta-átomos”, formando um cristal artificial capaz de identificar e transportar diferentes estados quânticos da luz sem necessidade de arrefecimento.
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Segundo os investigadores, o metacristal actua como um filtro quântico, distinguindo automaticamente diferentes tipos de luz e direccionando-os por trajectórias distintas. Esta capacidade poderá ser utilizada em futuras aplicações de computação quântica, sensores avançados e sistemas de comunicação mais seguros.
“Ao projectarmos a distribuição dos meta-átomos, conseguimos determinar quais as estatísticas quânticas que podem atravessar a estrutura. O cristal funciona, essencialmente, como um filtro estatístico para estados quânticos”, explicou Riley Dawkins, membro da equipa.
Além da demonstração experimental, os cientistas acreditam que a técnica estabelece um novo modelo para a engenharia de materiais quânticos. Em vez de depender de materiais existentes na natureza, será possível criar estruturas personalizadas para desempenhar funções específicas, abrindo caminho a uma nova geração de dispositivos tecnológicos.
Entre as aplicações futuras apontadas pelos investigadores estão computadores quânticos mais compactos, células solares mais eficientes, sistemas de detecção de alta precisão e redes de comunicação resistentes à intercepção.
De acordo com o site Inovação Tecnológica, a equipa considera que esta descoberta marca o início de uma nova era na engenharia de materiais, aproximando a tecnologia quântica das aplicações do quotidiano e eliminando um dos maiores obstáculos à sua adopção: a dependência de temperaturas extremamente baixas.
