MIGUEL BOYAYANNum teste aparentemente simples, Marcassa, Valter Aragão do Nascimento e Lucas Caliri aprisionaram com lasers e campos magnéticos uma nuvem de apenas 10 mil átomos do elemento químico rubídio, mantidos a temperaturas baixíssimas – cerca de 10 microKelvin ou 10 milionésimos de grau acima do zero absoluto (-273,15 graus Celsius), quando as partículas apresentam o mais baixo nível de energia possível. Em seguida, iluminaram os átomos com um laser infravermelho e outro azul, excitando-os. Esse procedimento transfere energia para o mais externo de seus 37 elétrons – as partículas fundamentais mais leves conhecidas, de carga negativa, que orbitam o núcleo, formado por partículas de carga positiva (prótons) e neutra (nêutrons).
Energizado, o elétron mais externo do rubídio salta para uma região periférica bem mais distante do núcleo. O afastamento desse elétron faz o átomo aumentar de tamanho cerca de 10 mil vezes e medir quase 1 milésimo de milímetro (micrômetro), tornando-se quase do tamanho de uma bactéria. O novo átomo, inflado como um balão de festa, recebe o nome de átomo de Rydberg – homenagem ao físico sueco que o previu, Johannes Rydberg – e passa a se comportar de maneira muito especial. Ele apresenta maior sensibilidade a campos elétricos e a campos magnéticos, o que permite interagir com átomos distantes.
“Esses átomos interagem a distâncias muito grandes [alguns micrômetros] e torna-se possível distinguir cada um deles e selecionar aquele em que se deseja codificar determinada informação”, explica Marcassa. Devidamente manipulados, conjuntos de dois átomos de Rydberg podem compor a unidade de informação do computador quântico – o bit quântico ou qubit. Essa seletividade, segundo Marcassa, é vantajosa porque permitiria trabalhar ao mesmo tempo com informações diferentes codificadas nas duplas de átomos, conferindo grande poder de processamento ao computador.
O problema é que no mundo real nem tudo funciona como prevê a teoria. Ao iluminar com laser os 10 mil átomos, os físicos de São Carlos notaram que uma pequena parcela – de 2% a 3% – atingia um nível mais energético ou menos energético do que o desejado. “É preciso tomar cuidado caso se queira construir um computador quântico usando átomos de Rydberg”, afirma Marcassa, que descreveu esses resultados em artigo publicado em maio na Physical Review Letters. Segundo o físico, os poucos átomos em níveis de energia diferentes do desejado já seriam suficientes para atrapalhar o funcionamento de um computador quântico. “Para fazer várias operações é preciso ter controle exato do nível de energia dos átomos”, explica o pesquisador de São Carlos.
Felizmente, esse problema parece ter solução. Adicionando um campo elétrico extra à armadilha, o grupo da USP conseguiu reduzir a proporção de átomos que não atinge o nível de energia desejado. Mas os físicos ainda não estão plenamente satisfeitos. “Estamos procurando outras saídas”, diz Marcassa. Uma delas, ainda em fase de desenvolvimento, exige a aplicação de micro-ondas numa frequência quatro vezes maior que a usada nos fornos de micro-ondas domésticos.
O projeto
Gases bosônicos e fermiônicos em armadilhas ópticas (nº 07/03758-0); Modalidade Linha Regular de Auxílio a Projeto de Pesquisa; Coordenador Luis Gustavo Marcassa – IFSC-USP; Investimento R$ 404.233,90 (FAPESP)
Artículo científico
NASCIMENTO, V.A. et al. Electric field effects in the excitation of cold Rydberg-atom pairs. Physical Review Letters. v. 102, p. 213.201-1- 213.201-4. 29 may. 2009.
