Quando consideramos um espaço vazio, é comum imaginar um vácuo onde nada possa existir. No entanto, ao expandir essa visão para escalas quânticas, onde os efeitos quânticos se tornam proeminentes em níveis moleculares e atômicos, o que parece vazio revela-se cheio de uma atividade eletromagnética fervilhante. Nesse cenário, fótons virtuais emergem e desaparecem constantemente da existência.
Esse fenômeno surpreendente é conhecido como campo de flutuação do vácuo, ou simplesmente vácuo quântico. No entanto, devido à pequenez e efemeridade dessas flutuações de energia luminosa, é desafiador encontrar maneiras de fazer a matéria interagir com elas. Isso torna complicados os experimentos que buscam demonstrar a criação de matéria e antimatéria a partir desse “nada”, embora a criação de luz a partir do vácuo quântico seja um pouco mais simples.
Entretanto, essa perspectiva está prestes a mudar. Kazuyuki Kuroyama e seus colegas da Universidade de Tóquio, no Japão, conseguiram desenvolver um único sistema híbrido em nanoescala capaz de interagir com as partículas virtuais do vácuo quântico.
Neste dispositivo único e integrado, um contato de ponto quântico conecta um ressonador de anel dividido a um sistema eletrônico bidimensional. O ressonador de anel dividido, um arco metálico quadrado com uma pequena lacuna, responde de forma mais intensa quando energizado com frequências ressonantes específicas de radiação eletromagnética de frequência terahertz. Enquanto as medições ópticas convencionais requeriam matrizes com vários desses ressonadores, Kuroyama conseguiu detectar um acoplamento ultraforte utilizando um único ressonador conectado a um gás de elétrons 2D, onde elétrons se acumulam bidimensionalmente na interface entre dois semicondutores, como arsenietos de alumínio e gálio (AlGaAs e GaAs).
[Imagem: Kazuyuki Kuroyama]
Além de explorar a intrigante manifestação da luz e da matéria no vácuo quântico, este simples e integrado chip desempenhará um papel crucial em futuras técnicas de computação quântica. Ao possibilitar a determinação do estado quântico de partículas por meio de uma estrutura ressonadora única, utilizando detecção elétrica em vez de óptica, o dispositivo promete avanços na compreensão das leis fundamentais da natureza em escalas microscópicas. Além disso, a tecnologia resultante poderá contribuir para o desenvolvimento de computadores quânticos de estado sólido, oferecendo uma alternativa para processadores de bits quânticos. Essa inovação poderá impulsionar a transmissão de informação quântica de forma mais rápida e eficiente do que as tecnologias convencionais.
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