segunda, 17 de janeiro de 2022
S.Carlos no mundo da ciência e da tecnologia

Afinal, o que são os fenômenos quânticos e por que são tão importantes?

02 Jan 2022 - 08h07Por kleber Chicrala
Computação quântica- uma realidade demonstrada e já em prática. Com a mecânica quântica um tradicional bit que pode assumir apenas valores 0 ou 1 , agora pode assumir infinitos valores de 0 a 1. Isto aumenta a capacidade de lidar com o armazenamento e pro - Crédito: ( fonte da figura: https://epocanegocios.globo.com/Tecnologia/noticia/2019/02/computacao-quantica-entenda-como-ela-funciona.html)Computação quântica- uma realidade demonstrada e já em prática. Com a mecânica quântica um tradicional bit que pode assumir apenas valores 0 ou 1 , agora pode assumir infinitos valores de 0 a 1. Isto aumenta a capacidade de lidar com o armazenamento e pro - Crédito: ( fonte da figura: https://epocanegocios.globo.com/Tecnologia/noticia/2019/02/computacao-quantica-entenda-como-ela-funciona.html)
Não faz mais de um século, quando eletricidade era um conceito longe do cotidiano das pessoas.  Os conceitos básicos e seu entendimento ficavam restritos aos cientistas e acadêmicos no tema. Quando a eletricidade, através de diversos fenômenos elétricos, resolveu grandes problemas da sociedade, o tema passou a ser dominado por todos, e foi tomado como algo natural a ser entendido. Luz elétrica, motores, equipamentos, tudo passou a ser movido pela eletricidade, que entrou para o cotidiano. Temas considerados difíceis, tornam-se fáceis quando convivemos com eles em nosso dia a dia.
 
Equivalentemente a eletricidade, agora estamos vivendo uma nova era, onde os chamados fenômenos quânticos estarão fazendo parte de nossos dias a dia de uma forma muito mais rotineira que imaginamos. Seguindo o mesmo caminho da eletricidade, a QUÂNTICA avança a passos largos para se tornar tópico inserido na sociedade e na tecnologia. Apesar do ritmo acelerado das coisas, nossas engenharias e mesmo o ensino médio, ainda resiste a incluir em seus currículos a disciplina.
 
Para entendermos um pouco do chamado mundo quântico, é preciso primeiro entender como ele nasceu, isto é o que chamamos dos fundamentos. No final do século 19 e começo do século 20, exatamente quando a eletricidade florescia, e com ela avançavam técnicas de observação da natureza. Muito do que se observava, não era muito bem entendido, e nem explicado pelo conhecimento existente. Baseado na eletricidade e magnetismo existente, não se conseguia explicar por que que um átomo, prótons e elétrons ao seu redor, conseguia existir. Também não se conseguia explicar um fenômeno simples, ou seja, as características da luz emitida pelos corpos aquecidos. Foi aí que nasceu a Mecânica Quântica, mudando de forma radial os conceitos e estabelecendo uma nova forma de ver a natureza, onde ao invés de partículas de massa que se deslocam pelo espaço, temos ondas. Isto foi comprovado, estudando diversos fenômenos envolvendo elétrons espalhados por fendas, o famoso efeito fotoelétrico, dentre outros. Um dos experimentos mais convincentes é o espalhamento de um feixe de elétrons por uma abertura dupla como ilustrado em uma das figuras, onde observa-se interferências totalmente pertinentes às ondas. Como ondas, há restrições para existência num determinado espaço, exatamente como as ondas de uma corda de violão que só tem determinadas frequências sonoras. Isto faz com que a matéria de um modo geral, exista apenas em determinados valores de energia. Esta é a quantização da energia. Sabendo deste comportamento, a física foi capaz de formular toda uma teoria, com equações básicas e interpretações que foi capaz de explicar todos os fenômenos que aguardavam explicação. O estabelecimento da teoria quântica para explicar toda a matéria, tomou grande corpo e graças a ele, diversos fenômenos associados com a formação do universo, ou mesmo a vida pode ser melhor entendido.  Com o avanço do entendimento do comportamento quântico da matéria, começam a surgir os fenômenos quânticos que passam a ser entendidos nas luzes dos novos conceitos estabelecidos pela Teoria Quântica da Matéria. Fenômenos como tunelamento, estrutura dos átomos e moléculas, laser, energia do ponto zero, etc mudam por completo as ciências. O entendimento dos fenômenos quânticos começam a dar origem a aplicações importantes, como a Ressonância Magnética, o aparecimento dos transistores ( que revolucionam a eletrônica), os diodos emissores de luz, a supercondutividade  dentre outros. Os fenômenos quânticos e suas aplicações  começam a dar origem a uma nova realidade tecnológica, A TECNOLOGIA QU NTICA, que agora começa a tomar uma importância enorme em nossas vidas. Os sensores quânticos, os fenômenos quânticos a nível molecular e a capacidade do homem em manipulá-los, dá origem a uma nova classe de tecnologia que cria uma telecomunicação totalmente baseada em efeitos quânticos, bem como uma computação de altíssimo desempenho que promete revolucionar a computação tradicional. Utilizando aspectos básicos, envolvendo a descrição de onda para a matéria, processamento computacional e armazenamento de dados, estão sofrendo um grande avanço. Mas as coisas não param por aí. As chamadas simulações quânticas, permitem que observemos sistemas, e que tiremos dele informações que seriam impossíveis de serem calculadas ou previstas. 
 
Os conceitos quânticos serão a única forma de explicarmos como a vida é,  e desta forma criar possibilidades de interferirmos para torná-la ainda melhor. Desenho de novos fármacos, entendimento de doenças e novas formas terapêuticas, terão nos conceitos quânticos suas bases fundamentais. Na engenharia, novos materiais, novos componentes e principalmente nova comunicação já começam a ser realidade.
 
A grande questão é que enquanto os países da Europa e da América do Norte já começam a preparar seus profissionais para estarem aptos às novas tecnologias e desenvolvimentos, nós ainda estamos desorganizados. Nossos alunos de engenharia precisam ficar mais familiarizados com os conceitos quânticos, para que possam se inserir na nova realidade. Semelhantemente, nossas gerações de estudantes de ensino médio também precisam começar a aprender os rudimentos destes conceitos.  Se não fizermos isto agora, a distância tecnológica com outros países irá aumentar de forma desfavorável. Se as Diretrizes Básicas da Educação pregam que temos que preparar nossos jovens para entender o mundo ao seu redor e dele participar, é necessário incluir vários aspectos deste ensinamento, que hoje estão ausentes ou incompletos. O Centro de Pesquisa em Ótica e Fotônica (CEPOF) do IFSC-USP São Carlos, tem nos conceitos quânticos, a base de seus estudos com átomos frios, com biofotônica e nano-fabricação.  É incrível como que esses conceitos quânticos podem diagnosticar e curar doenças. Se você quer aprender mais sobre este tema, assista o Canal 10 da NET, Canal CEPOF do IFSC-USP, onde cursos e demonstrações de fenômenos quânticos estão sendo oferecidos.
 
 
 
 
 
Condensado de Bose-Einstein: um fenômeno quântico macroscópico, verdadeiro laboratório para investigação dos fenômenos quânticos da matéria composta de muitas partículas.
Fontes: Kleber J.S. Chicrala - Coordenação de Jornalismo Científico do CEPOF - INCT - IFSC - USP e Prof. Dr. Vanderlei Salvador Bagnato - Diretor do IFSC -USP e Coordenador do CEPOF - INCT - IFSC - USP
 
kleberchi

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