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Pela primeira vez, os cientistas descobriram em laboratório um estado da matéria há muito previsto, mas nunca antes visto. Ao disparar um laser em uma rede ultrafria de átomos de rubídio, os cientistas forçaram os átomos em uma sopa confusa de incerteza quântica conhecida como quântico densidade de spin (líquido).
A hipótese da existência de densidade de spin quântico – um estado raro da matéria em que a ordem magnética de longo alcance não se forma à temperatura zero – foi proposta em 1973. Mas foi apenas recentemente que os cientistas observaram pela primeira vez um líquido de spin quântico em condições de laboratório.
A parte "líquida" pertence aos elétrons que estão constantemente mudando e oscilando dentro do material magnético em baixas temperaturas. Ao contrário dos ímãs comuns, neste caso os elétrons não se estabilizam e não se acomodam na estrutura estruturada do corpo sólido após o resfriamento. Agora que esse estado foi registrado, espera-se que a descoberta acelere o desenvolvimento de poderosos computadores quânticos.
"Este é um momento muito especial neste campo", diz o físico quântico Mykhailo Lukin, da Universidade de Harvard, em Massachusetts. "Você pode realmente tocar e até cutucar esse estado exótico, manipulá-lo para entender suas propriedades... é um novo estado da matéria que as pessoas nunca puderam observar antes."
Os ímãs convencionais contêm elétrons cujo spin é orientado na mesma direção para cima ou para baixo que cria o magnetismo. Em líquidos de spin quântico, um terceiro elétron é introduzido, então enquanto dois spins opostos se estabilizam, o spin do terceiro elétron quebra o equilíbrio. Isso cria um ímã "desordenado" onde todos os giros não podem se estabilizar na mesma direção.
Para criar seu próprio padrão de rede desordenado, a equipe usou um simulador quântico programável construído em 2017. O simulador usa um programa de computador quântico para segurar átomos em formas arbitrárias com lasers – como quadrados, triângulos ou favos de mel – e pode ser usado para projetar várias interações e processos quânticos. O simulador usa feixes de laser bem focados para organizar os átomos individualmente e, organizando os átomos de rubídio em uma rede de padrão triangular, os pesquisadores conseguiram criar um ímã instável com as propriedades do emaranhamento quântico – onde as mudanças em um átomo coincidem com um segundo átomo emaranhado.
As ligações entre os átomos indicavam que uma densidade de spin quântico realmente havia sido criada.
"Você pode empurrar os átomos o quanto quiser, pode alterar a frequência do laser, pode realmente alterar os parâmetros da natureza de uma maneira que não poderia no material onde essas coisas foram estudadas antes", diz quantum físico Subir Sachdev da Universidade de Harvard. "Aqui você pode olhar para cada átomo e ver o que está fazendo."
Os computadores quânticos são construídos em bits quânticos, ou qubits, e espera-se que os fluidos de spin quânticos ajudem a desenvolver qubits topológicos mais protegidos contra ruídos e interferências externas.
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