Laboratórios sofisticados para chegar próximo do zero absoluto de temperatura - Crédito: divulgaçãoEntrevistado: Prof. Dr. Vanderlei Salvador Bagnato – CEPOF – CEPIX – INCT – IFSC - USP
quilo que era uma ferramenta apenas para evoluir a ciências e conhecer tudo de forma mais profunda, agora é “elemento básico do avanço tecnológico”. Estamos falando da revolução quântica, que dentre tantos e um dos motivos da briga EUA e China para supremacia no tema. Quem vem investindo mais neste tema certamente terá maiores chances de contribuir com esta nova revolução tecnológica, que promete melhores computadores, melhor comunicação e melhores sensores para detectar, inclusive doenças em seus estágios iniciais. Aqui no IFSC-USP, temos laboratórios com experimentos dos mais sofisticados neste tema: os chamados condensados de Bose–Einstein. Eles são um dos estados mais intrigantes da matéria e representam uma das maiores conquistas da física moderna. Para chegar a esse estado, cientistas precisam resfriar certos tipos de átomos a temperaturas inimaginavelmente baixas, apenas alguns bilionésimos de grau acima do zero absoluto, a temperatura mais fria possível no universo. Quando isso acontece, algo extraordinário surge: os átomos deixam de se comportar como indivíduos e passam a agir todos juntos, de forma perfeitamente sincronizada, como se fossem uma única entidade quântica gigante. Esse fenômeno, que parecia apenas uma curiosidade teórica no início do século XX, hoje é um dos pilares das tecnologias quânticas emergentes.
A grande importância dos condensados de Bose–Einstein está no fato de que tornam visíveis e manipuláveis efeitos quânticos que, no cotidiano, só ocorrem no mundo das partículas minúsculas. Normalmente, átomos e elétrons vivem em um universo microscópico regido por regras estranhas: podem estar em dois estados ao mesmo tempo, atravessam barreiras que deveriam bloquear seu caminho e até se comportam como ondas. Só que esses efeitos se perdem quando lidamos com objetos maiores, devido às perturbações e interferências do ambiente. Com os condensados, os cientistas conseguem criar um “superátomo” que mantém suas propriedades quânticas de forma coletiva e estável. Isso abre portas para experimentos antes impossíveis e para tecnologias antes inimagináveis.
Uma das aplicações mais promissoras está na área de sensores quânticos de altíssima precisão. Em interferômetros atômicos baseados em condensados, é possível medir variações minúsculas de movimento, de aceleração ou da gravidade. Esses instrumentos são tão sensíveis que conseguem detectar mudanças no campo gravitacional causadas pela passagem de água subterrânea, por pequenas alterações no solo ou até por ondas gravitacionais, que são ondulações sutis no espaço-tempo previstas por Einstein. A tecnologia promete melhorar os sistemas de navegação, criar mapas subterrâneos mais precisos e contribuir para a exploração espacial, em que sensores independentes de GPS são indispensáveis.
Os condensados também são candidatos importantes no avanço da computação quântica. Ao aprisionar átomos em arranjos ordenados de luz , as chamadas redes ópticas , é possível manipular esses átomos quase como peças em um tabuleiro. Como todos estão sincronizados, sua evolução quântica pode ser controlada de maneira precisa, permitindo simular materiais complexos e realizar cálculos impossíveis para computadores tradicionais. Embora não sejam o único caminho para construir um computador quântico, os condensados são uma das plataformas mais estáveis e escaláveis atualmente estudadas.
Outra faceta fascinante é a relação dos condensados com a luz. Em experimentos surpreendentes, pesquisadores conseguiram reduzir drasticamente a velocidade da luz ao fazê-la atravessar um condensado, chegando a velocidades de apenas alguns metros por segundo ou até “parar” a luz temporariamente. Isso cria oportunidades únicas para o desenvolvimento de memórias quânticas, dispositivos capazes de armazenar e liberar informações codificadas em partículas de luz, algo essencial para as futuras redes de comunicação quântica. Essas redes prometem transmitir dados de forma extremamente segura, utilizando princípios da física que tornam impossível interceptar as informações sem ser detectado.
Além das aplicações práticas, estudar os condensados de Bose–Einstein é uma forma poderosa de explorar questões fundamentais sobre o universo. Esse estado permite observar fenômenos como a superfluidez, em que um fluido escoa sem atrito, e vórtices quânticos, pequenas “redemoinhas” que seguem regras muito diferentes das que conhecemos no mundo cotidiano. Também é possível investigar como novos estados da matéria surgem quando o sistema é perturbado ou quando as interações entre átomos são alteradas. Embora pareçam detalhes técnicos, essas descobertas ajudam a compreender materiais supercondutores, planetas exóticos e até processos que podem ter ocorrido instantes após o Big Bang.
Segundo o Prof. Vanderlei S Bagnato, um dos pioneiros mundiais nos experimentos com condensados , “O que começou como uma teoria elegante evoluiu para uma ferramenta poderosa que está moldando esta nova revolução quântica , uma revolução que deve transformar profundamente nossa maneira de medir, processar e transmitir informações nas próximas décadas”. No IFSC da USP, temos 4 laboratórios realizando experimentos com condensados, abordando diversos temas modernos. Os pesquisadores, Vanderlei Bagnato, Daniel Magalhães, Patricia Castilho, Emanuel Heen, Kilvia Farias, Gustavo Telles, Monica Caracanhas e os pós-doutores M. Moreno e A. Garcia, junto com mais de uma dezena de estudantes, trabalham intensamente para avançar este tópico.
Fontes: Prof. Dr. Vanderlei Salvador Bagnato – Coordenador do CEPOF – CEPIX – INCT – IFSC – USP e EMBRAPII – IFSC – USP e membro do Grupo de Óptica – IFSC – USP; Me. Kleber Jorge Savio Chicrala – Jornalismo Científico e Difusão Científica do CEPOF – CEPIX – INCT – IFSC - USP
Pesquisadores CEPOF – CEPIX – INCT – IFSC – USP
