Rádio quântico pega a estação mais fraca do Universo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  14/03/2019

Este chip quântico (1x1 cm) consegue captar o menor sinal de rádio permitido pela mecânica quântica - é o rádio mais sensível que se pode construir. [Imagem: TU Delft]

Rádio quântico

Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda, criaram um circuito capaz de detectar o sinal de rádio mais fraco permitido pela mecânica quântica.

Sinais de rádio fracos não são um problema apenas para quem tenta encontrar sua estação de rádio favorita ou ouvir música sem chiados, mas também para os escâneres de ressonância magnética (MRI) nos hospitais e para os telescópios que varrem o Universo em diferentes comprimentos de onda.

Uma das estranhas previsões da mecânica quântica é que a energia vem em minúsculos pedacinhos, chamados "quanta".

Mario Gely e seus colegas desenvolveram um circuito que pode detectar esses pedaços de energia em sinais de radiofrequência, essencialmente detectando as ondas de rádio no nível quântico - o menor nível possível.

Conexão do quântico com o macroscópico

Para levar a detecção de radiofrequências ao seu limite, Mario demonstrou a detecção de fótons individuais - ou quanta de energia -, os sinais mais fracos permitidos pela teoria da mecânica quântica.

O circuito é essencialmente um qubit supercondutor, parecido com os usados em algumas versões de computadores quânticos.

"Usando um qubit supercondutor na faixa de gigahertz, observamos a quantização de um ressonador de frequência de rádio megahertz, resfriado para o estado fundamental (...). Liberando o ressonador de nosso controle, observamos sua retermalização com resolução de nanossegundos. Estendendo o circuito de eletrodinâmica quântica ao regime de megahertz, permitimos a exploração da termodinâmica na escala quântica e permitimos o interfaceamento de circuitos quânticos com sistemas megahertz, como sistemas de spin ou osciladores mecânicos macroscópicos," escreveu a equipe.

Imagem de microscopia eletrônica do circuito quântico. A largura da imagem corresponde a menos de um terço de milímetro. [Imagem: TU Delft]

Superposição do espaço-tempo

Este novo circuito abre as portas para possíveis aplicações futuras em áreas como radioastronomia e medicina, mas também terá usos mais fundamentais.

Além das aplicações em sensores quânticos, o grupo está interessado em levar a mecânica quântica ao próximo nível: a massa.

Embora a teoria do eletromagnetismo quântico tenha sido desenvolvida há quase 100 anos, os físicos ainda estão confusos sobre como encaixar a gravidade na mecânica quântica.

"Usando nosso rádio quântico, queremos tentar ouvir e controlar as vibrações quânticas de objetos pesados, e explorar experimentalmente o que acontece quando você mistura a mecânica quântica e a gravidade," disse Mario. "Tais experimentos são difíceis, mas, se bem-sucedidos, seremos capazes de testar se podemos fazer uma superposição quântica do próprio espaço-tempo, um novo conceito que testaria nossa compreensão tanto da mecânica quântica quanto da relatividade geral."

• Espaço-tempo é gerado pelo entrelaçamento quântico?

Bibliografia:

Observation and stabilization of photonic Fock states in a hot radio-frequency resonator
Mario F. Gely, Marios Kounalakis, Christian Dickel, Jacob Dalle, Rémy Vatré, Brian Baker, Mark D. Jenkins, Gary A. Steele
Science
Vol.: 363, Issue 6431, pp. 1072-1075
DOI: 10.1126/science.aaw3101