Brasil constrói sua primeira armadilha de íons frios para computação quântica

Representação do dispositivo utilizado no experimento ( imagem: Amilson Rogelso Fritsch )

Tecnologia desenvolvida no IFSC-USP mantém partículas de estrôncio isoladas e abre caminho para a produção, manipulação e emaranhamento de qubits

Tecnologia desenvolvida no IFSC-USP mantém partículas de estrôncio isoladas e abre caminho para a produção, manipulação e emaranhamento de qubits

Representação do dispositivo utilizado no experimento ( imagem: Amilson Rogelso Fritsch )

José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – Pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (IFSC-USP) conseguiram, pela primeira vez no Brasil, aprisionar íons frios em uma armadilha, utilizando apenas campos elétricos para manter átomos eletricamente carregados confinados em uma região muito pequena do espaço. O experimento, realizado com íons de estrôncio, representa um passo inicial para o desenvolvimento no país de uma das principais plataformas utilizadas na computação quântica.

O experimento foi liderado por Amilson Rogelso Fritsch , Jovem Pesquisador apoiado pela FAPESP no âmbito do Programa QuTIa , sigla de Quantum Technologies Initiative. Os resultados foram obtidos apenas 18 meses depois do início do projeto.

“Como os íons possuem carga elétrica, eles podem ser puxados ou empurrados por campos elétricos. Nossa armadilha gera forças capazes de impedir que eles escapem em qualquer direção. Isso foi obtido por meio de um campo elétrico que oscila a aproximadamente 18 megahertz, isto é, 18 milhões de vezes por segundo. A oscilação é tão rápida que os íons simplesmente não conseguem acompanhar as sucessivas mudanças do campo. O efeito médio das forças mantém as partículas confinadas e alinhadas no eixo central da armadilha”, descreve Fritsch.

O sistema empregado é chamado de “Armadilha de Paul”. Recebeu esse nome em homenagem ao físico alemão Wolfgang Paul (1913-1993) – que não deve ser confundido com o físico austríaco Wolfgang Pauli (1900-1958), um dos “papas” da teoria quântica. Na década de 1950, Paul desenvolveu a técnica de confinar partículas carregadas por meio de campos elétricos oscilantes, o que fez com que fosse contemplado, em 1989, com o Prêmio Nobel de Física.

“O experimento começa com átomos neutros de estrôncio, de cada um dos quais é arrancado um elétron por meio de feixes de laser, produzindo íons positivos. Estes são colocados em uma câmara de ultra-alto vácuo. Isso é fundamental, porque colisões com moléculas do ar poderiam expulsá-los da armadilha ou perturbar os delicados estados quânticos que se pretende controlar. Os eletrodos que formam a armadilha ficam dentro da câmara, embora o conjunto opere à temperatura ambiente”, informa Fritsch.

A armadilha foi inteiramente construída no Brasil e instalada em um laboratório do IFSC-USP. A expectativa é avançar da captura dos íons para a sua manipulação como bits quânticos, ou qubits, e realizar as primeiras operações de processamento quântico já nos próximos meses. “Agora, com o sucesso no aprisionamento de íons, a pesquisa brasileira está no mapa.