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Fendas microscópicas em materiais com apenas alguns átomos de espessura podem revolucionar tecnologias quânticas, segundo um estudo publicado recentemente na revista Nature Materials.
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Esses avanços nos aproximam do uso difundido de redes e sensores quânticos. Armazenar dados quânticos nas propriedades de spin dos elétrons, conhecidas como coerência de spin, atualmente exige configurações laboratoriais extremamente específicas e monitoradas, o que não é viável sem um ambiente rigorosamente controlado.
Uma equipe internacional de pesquisadores demonstrou a coerência de spin observável à temperatura ambiente, usando minúsculos defeitos em um material 2D em camadas chamado nitreto de boro hexagonal (hBN).
“Os resultados mostram que, uma vez que escrevemos um certo estado quântico no spin desses elétrons, essa informação é armazenada por cerca de um milionésimo de segundo, tornando esse sistema uma plataforma muito promissora para aplicações quânticas”, diz a física Carmem Gilardoni, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, em um comunicado.
Embora pareça um tempo curto, o interessante é que o sistema não requer condições especiais – ele pode armazenar o estado quântico de spin à temperatura ambiente e sem grandes ímãs.
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Material mostra-se promissor como armazenamento quântico estável
As camadas de hBN são mantidas juntas por forças moleculares embutidas no próprio material, mas defeitos podem surgir durante a síntese ou processamento. Esses defeitos criam locais onde os elétrons podem ficar presos. Os pesquisadores conseguiram capturar e observar elétrons nesses defeitos e também manipulá-los usando luz, uma inovação para experimentos em temperaturas normais.
Com base nas medições da equipe, o hBN mostra-se promissor como armazenamento quântico estável. Embora atualmente os estados quânticos possam ser armazenados por apenas uma fração de segundo, há indicações de que isso pode ser ampliado no futuro.
“Trabalhar com esse sistema nos destacou o poder da investigação fundamental de novos materiais”, afirma a física Hannah Stern, da Universidade de Manchester, no Reino Unido. “Quanto ao sistema hBN, como um campo, podemos aproveitar a dinâmica de estados excitados em outras novas plataformas de materiais para uso em futuras tecnologias quânticas”.
Manter os estados quânticos estáveis e protegidos contra interferências é um desafio contínuo para os cientistas, que estão sempre em busca de novos materiais e técnicas para melhorar a estabilidade.
A equipe agora investiga maneiras de aumentar o tempo de armazenamento de spin além de um milionésimo de segundo, melhorar a confiabilidade dos defeitos e a qualidade da luz emitida. À medida que o progresso for feito, seremos capazes de desenvolver sensores quânticos mais avançados e redes quânticas para transmissão de informações superrápida e segura. “Cada novo sistema promissor ampliará o kit de materiais disponíveis e avançará a implementação escalável de tecnologias quânticas”, explica Stern.
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