Pesquisadores do IFSC-USP conseguiram, pela primeira vez no Brasil, aprisionar íons frios usando campos elétricos. O experimento, que foi realizado com íons de estrôncio, chegou a resultados apenas 18 meses após o início do projeto. A técnica é uma das principais plataformas utilizadas no desenvolvimento da computação quântica.
A pesquisa foi liderada por Amilson Rogelso Fritsch, com o apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). O pesquisador deu mais detalhes sobre a armadilha, inteiramente construída no Brasil: “Como os íons possuem carga elétrica, eles podem ser puxados ou empurrados por campos elétricos. Nossa armadilha gera forças capazes de impedir que eles escapem em qualquer direção”, explicou Amilson.
O novo equipamento leva o nome de Armadilha de Paul e utiliza um campo elétrico que oscila cerca de 18 milhões de vezes por segundo. A oscilação impede que os íons escapem. A partir do momento em que vários são capturados, eles formam uma cadeia alinhada, que é separada por poucos micrômetros. Todo esse processo ocorre dentro de uma câmara de ultra-alto vácuo, para evitar que partículas do ar perturbem os íons.
Fritsch destaca as observações que foram feitas através da pesquisa: “Nas imagens que obtivemos, cada ponto luminoso corresponde a um único íon de estrôncio aprisionado. O que vemos não é uma representação gráfica do experimento, mas íons reais.”
O próximo objetivo da pesquisa é transformar os íons aprisionados em qubits, a unidade de informação da computação quântica. Dois estados do íon podem representar 0 e 1. Lasers permitem controlar esses estados. Diferentemente de um bit convencional, o qubit pode apresentar superposição, combinando os estados 0 e 1. Vários qubits também podem ser emaranhados, criando correlações quânticas entre eles, o que permite explorar formas diferentes de processamento de informações.
O experimento ainda é uma etapa inicial para se chegar a um computador quântico que funcione. Ainda são necessárias algumas avaliações para que se chegue ao processo final.
Nos processos, é preciso conseguir manter um átomo isolado e controlado antes de utilizá-lo para armazenar e processar informação. A captura dos íons resolve essa etapa, e a expectativa é que comecem a realizar as primeiras operações de processamento quântico nos próximos meses.
A armadilha está instalada em um laboratório do IFSC-USP, onde o professor titular da faculdade e coordenador do Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica (CEPOF) ressalta: “Agora, com o sucesso no aprisionamento de íons, a pesquisa brasileira está no mapa. Esse é um dos hardwares necessários para o desenvolvimento da computação quântica.”
Na prática, ao chegar ao final dos testes com resultados positivos, será possível realizar a simulação de átomos e moléculas, o desenvolvimento de novos materiais e de fármacos.
Apesar disso, a computação quântica não significa apenas substituir computadores tradicionais ou ser mais rápida em qualquer tarefa. O potencial é principalmente voltado para determinados tipos de problemas nos quais fenômenos quânticos podem ser aproveitados. Bagnato sustenta isso: “Essa capacidade superior não significa que computadores quânticos venham simplesmente substituir os atuais ou sejam mais rápidos para qualquer tarefa.”
As pesquisas já conseguiram capturar e observar os íons. Agora, os pesquisadores precisam avançar para o controle individual das partículas. Os íons precisam ser resfriados a temperaturas extremamente baixas, próximas do zero absoluto. Após isso, a ideia é utilizar lasers para manipular os estados quânticos.
A previsão é que as primeiras operações de processamento sejam realizadas nos próximos meses. Além disso, o projeto representa a criação de uma nova competência científica no Brasil.
*Sob supervisão de Hildeberto Jr.
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