Cientistas do Laboratório Nacional Ames do Departamento de Energia dos Estados Unidos e da Universidade Estadual de Iowa descobriram um “eco quântico” inesperado em um material supercondutor. Essa descoberta oferece uma visão sobre comportamentos quânticos que podem ser utilizados para tecnologias de sensoriamento e computação quântica de próxima geração.
Supercondutores são materiais que conduzem eletricidade sem resistência. Dentro desses supercondutores, existem vibrações coletivas conhecidas como “modos de Higgs”. Um modo de Higgs é um fenômeno quântico que ocorre quando seu potencial eletrônico flutua de maneira semelhante a um bóson de Higgs. Eles aparecem quando um material está passando por uma transição de fase supercondutora.
Observar essas vibrações tem sido um desafio de longa data para os cientistas, pois elas existem por um tempo muito curto. Além disso, elas têm interações complexas com quasipartículas, que são excitações semelhantes a elétrons que surgem a partir da desintegração da supercondutividade.
No entanto, utilizando técnicas avançadas de espectroscopia de terahertz (THz), a equipe de pesquisa descobriu um novo tipo de eco quântico, chamado “eco de Higgs”, em materiais supercondutores de nióbio usados em circuitos de computação quântica.
“Diferente dos ecos convencionais observados em átomos ou semicondutores, o eco de Higgs surge de uma interação complexa entre os modos de Higgs e quasipartículas, resultando em sinais incomuns com características distintas”, explicou Jigang Wang, cientista do Ames Lab e líder da equipe de pesquisa.
De acordo com Wang, o eco de Higgs pode lembrar e revelar caminhos quânticos ocultos dentro do material. Usando pulsos de radiação THz temporizados com precisão, sua equipe foi capaz de observar esses ecos. Com esses pulsos de radiação THz, eles também podem usar os ecos para codificar, armazenar e recuperar informações quânticas incorporadas neste material supercondutor.
Essa pesquisa demonstra a capacidade de controlar e observar a coerência quântica em supercondutores e abre caminho para potenciais novos métodos de armazenamento e processamento de informações quânticas.
“Entender e controlar esses ecos quânticos únicos nos aproxima de uma computação quântica prática e de tecnologias avançadas de sensoriamento quântico”, disse Wang.
Este projeto foi parcialmente apoiado pelo Centro de Materiais e Sistemas Quânticos Supercondutores (SQMS).