Pesquisadores da Universidade de Viena conseguiram um avanço significativo na tecnologia quântica ao transformar magnons, pequenas ondas magnéticas que antes eram consideradas muito efêmeras para uso prático, em portadores promissores de informações quânticas. A equipe conseguiu aumentar a vida útil dessas ondas de apenas alguns centenas de nanossegundos para até 18 microssegundos, cerca de 100 vezes mais que o máximo anterior, o que pode facilitar a criação de computadores quânticos ultra compactos, potencialmente do tamanho de uma moeda de um centavo.

O estudo, liderado por Andrii Chumak, foi publicado na revista Science Advances. Os pesquisadores descobriram que a principal limitação da vida útil dos magnons não está nas leis da física, mas na pureza do material em que eles se propagam. Isso sugere que melhorias futuras podem ser alcançadas através de processos de fabricação mais avançados, sem a necessidade de novas descobertas fundamentais.

O que são os magnons?

Magnons são ondas de magnetização que se movem através de sólidos magnéticos. Eles podem ser comparados a pequenas ondas que se formam em um lago quando uma pedra é lançada na água. Ao contrário dos fótons, que se deslocam pelo espaço vazio ou por fibras ópticas, os magnons permanecem confinados dentro de materiais magnéticos.

Com comprimentos de onda que podem chegar a apenas alguns nanômetros, circuitos baseados em magnons poderiam ser incorporados em chips do tamanho daqueles utilizados em smartphones. Além disso, os magnons interagem naturalmente com outras partículas quânticas fundamentais, como fônons e fótons, tornando-os componentes atraentes para sistemas quânticos híbridos e metrologia quântica.

Superando o desafio da vida útil dos magnons

A vida útil extremamente curta dos magnons foi um dos maiores desafios enfrentados pela tecnologia relacionada. Com a nova pesquisa, a equipe conseguiu transformar esses sinais efêmeros em portadores de informações quânticas duradouros, com desempenhos que se aproximam das escalas temporais necessárias para tecnologias quânticas práticas, tornando os magnons comparáveis aos qubits supercondutores atualmente utilizados nos processadores quânticos.

Os pesquisadores alcançaram esse avanço combinando duas técnicas importantes: a geração de magnons de comprimento de onda curto, que são menos sensíveis a defeitos na superfície do cristal, e o resfriamento de esferas ultra-puras de granada de ferro de itérbio (YIG) a temperaturas de apenas 30 milikelvins, onde os processos térmicos que normalmente destroem os magnons estão praticamente congelados.

A pesquisa sugere que o futuro da tecnologia quântica pode depender mais do avanço na ciência dos materiais do que de uma nova compreensão das leis da física. Com a continuação do desenvolvimento de materiais magnéticos ainda mais puros, a expectativa é que a vida útil dos magnons possa ser ainda mais prolongada.

Os pesquisadores afirmam que, com vidas úteis de até 18 microssegundos, os magnons podem servir como dispositivos de memória quântica confiáveis e canais de comunicação de baixa perda, permitindo que a informação quântica seja transferida através de um chip. Essa capacidade pode eventualmente conectar centenas de qubits por meio de um "ônibus quântico", um conceito desejado para escalar futuros computadores quânticos.

O estudo é baseado em experimentos realizados por Rostyslav Serha durante sua pesquisa de doutorado, com colaboração da Universidade de Colorado, Colorado Springs, e instituições de pesquisa na Alemanha, Estados Unidos e Ucrânia.