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Ciência

Mestres da quântica

Nobel de Física vai para francês e para norte-americano que criaram maneiras de aprisionar e estudar partículas como fótons e íons. Seus estudos, que contaram com a participação de brasileiros, podem levar ao desenvolvimento de computadores super-rápidos

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postado em 10/10/2012 12:28 / atualizado em 10/10/2012 12:31

Rodrigo Craveiro

A interação fundamental entre a luz e a matéria — um dos campos mais promissores da física — permitiu ao francês Serge Haroche e ao norte-americano David J. Wineland (leia entrevista abaixo) inventarem métodos para medir e manipular partículas quânticas preservando sua natureza. Pela primeira vez, tornou-se possível realizar observações diretas dessas estruturas sem a necessidade de destruí-las. “Haroche e Wineland abriram as portas para uma nova era de experimentação na física quântica”, afirmou a Academia Real de Ciências da Suécia, no comunicado em que apresentou os dois ganhadores do Prêmio Nobel de Física deste ano. “Seus métodos pioneiros permitiram que esse campo de pesquisa desse os primeiros passos rumo à construção de um novo tipo de computador super-rápido, baseado na física quântica”, explicou o texto. “O estudo também levou à fabricação de relógios extremamente precisos, que poderiam se tornar a base para um novo padrão de hora, com 100 vezes mais precisão do que os atuais relógios de césio.” Ainda de acordo com o comunicado, “é provável que o computador quântico modifique nossa vida diária neste século do mesmo modo radical com que fizeram os computadores clássicos”.

Apesar de as técnicas utilizadas pelos laureados serem opostas, ambos chegaram a um resultado semelhante. Wineland, 68 anos, cientista do National Institute of Standards and Technology (Nist) e da Universidade do Colorado Boulder, manteve íons (átomos carregados eletricamente) em uma “armadilha” cercada de campos elétricos. Ele utilizou a luz, ou os chamados fótons, para medir as partículas. Professor do Collège de France and Ecole Normale Supérieure (em Paris), Haroche, de mesma idade, aprisionou e mediu os fótons, ao enviar átomos através da armadilha. Fez o oposto: usou partículas para estudar a luz. Seus trabalhos contaram com a ajuda dos físicos brasileiros Flávio Caldas da Cruz e Paulo Alberto Nussenzveig, respectivamente.

De acordo com a Academia Real, as partículas não são facilmente isoladas do ambiente à sua volta e perdem suas misteriosas propriedades quânticas ao interagir com o mundo externo. Os cientistas agraciados com o Nobel traíram essa lógica. “Eles fizeram belos experimentos, que mostram consequências surpreendentes da mecânica quântica, de maneira impressionante”, disse ao Correio Frank Wilczek, professor do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT, pela sigla em inglês) e Prêmio Nobel de Física em 2004. O especialista explica, porém, que Wineland e Haroche não fizeram algo essencialmente inovador. “Eles aprimoraram nossa habilidade de manipular o mundo subatômico. Essa ‘engenharia quântica’ é uma importante fronteira da física. A longo prazo, ela pode nos conduzir a um novo controle da matéria”, acrescentou.

Haroche disse à agência France-Presse que ainda não havia se dado conta da conquista do prêmio e confessou que precisou se sentar quando recebeu a ligação de Estocolmo. “Eu estava na rua, passava por um banco e pude me sentar imediatamente”, relatou. Ao ver que o indicador telefônico da Suécia aparecia na bina do celular, o francês adivinhou que iria ganhar o Nobel. Assim que recebeu a notícia, avisou a família e os colegas mais próximos. “Estou muito surpreso”, admitiu.

Vint Cerf, um dos fundadores da internet e ex-vice-presidente da Google, não escondia a satisfação com a escolha da academia. “Eu tenho um motivo muito grande para celebrar o prêmio de Wineland. Ele trabalha no Nist, do qual sou diretor do Comitê Visitante sobre Tecnologia Avançada”, contou à reportagem, por telefone, enquanto aguardava um voo no Aeroporto de Heathrow, em Londres. Segundo ele, uma das principais dificuldades para tornar a computação quântica útil está na manutenção da constância das partículas e na possibilidade de medi-las. “Essa área produzirá resultados espetaculares. Uma delas é a habilidade de fatorar grandes números”, comentou.

Ajuda nacional
O físico Paulo Alberto Nussenzveig, pesquisador da Universidade de São Paulo (USP) e professor visitante na Universidade de Cornell, passou a integrar o grupo de doutorado de Haroche em outubro de 1990. Foi ele quem ajudou a construir um criostato e diferentes elementos que compõem os experimentos. “Fizemos uma cavidade com dois espelhos, onde se aprisiona a luz, e um interferômetro que mede as propriedades dos fótons”, lembrou, por telefone. O brasileiro diz que as fortes ligações de Haroche e de Wineland com o Brasil tornaram o campo da ótica bastante sólido no país. “Haroche vem quase todo ano ao Brasil, enquanto Wineland já participou de várias conferências em escolas e universidades brasileiras”, contou o estudioso. “Considero o Nobel muito justo. Ambos são grandes expoentes na área.”

Entre 1994 e 1996, Flávio Caldas da Cruz, especialista do Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), realizou o seu pós-doutorado no laboratório de Wineland, na Universidade do Colorado Boulder. “Ajudei a construir a armadilha de íon e o desenvolvimento de lasers”, disse, também por telefone. “Wineland desenvolveu equipamentos de laboratório muito interessantes a fim de aprisionar um único átomo isolado no espaço e manipular os seus estados de energia, utilizando o laser”, emendou.

Propriedades bizarras
Uma partícula quântica é aquela que está isolada de qualquer outra coisa. Nessa situação, um átomo, elétron ou fóton adquire propriedades estranhas. Podem se transformar em dois ao mesmo tempo ou se comportar como uma onda. Tais propriedades mudam instantaneamente quando interagem com algo.

 

ENTREVISTA DAVID J. WINELAND »

Começa uma nova era da informática

Passava das 3h50 (6h50 em Brasília) quando uma voz ainda sonolenta atendeu ao telefonema do Correio, em Boulder (Colorado). O norte-americano David J. Wineland ainda parecia processar a notícia que recebera poucos minutos antes da Academia Real das Ciências da Suécia. A ligação de Estocolmo anunciara a coroação de quase quatro décadas de pesquisas em ótica e computação. O cientista de 68 anos desenvolveu um método para prender eletricamente átomos carregados, os chamados íons, antes de controlá-los e medi-los com a luz. Em entrevista exclusiva, o mais novo laureado com o Nobel de Física admitiu que seus estudos revolucionaram a informática, mas também confessou que não esperava ser contemplado com o prêmio, a máxima honraria da ciência.

O senhor esperava ganhar o Nobel de Física? Até ontem,  o bóson de Higgs era considerado favorito este ano.  Qual foi sua reação ao receber a notícia?
Aconteceu apenas 15 minutos atrás. Então… (risos) Isso é tão novo para mim quanto para você. Certamente, é uma grande surpresa. Eu não esperava receber o Nobel de Física, porque há tantas pessoas em nossa área. (O prêmio) poderia ter ido para qualquer pessoa. Quero dizer, sempre existe a possibilidade, mas as chances são muito reduzidas. Foi uma surpresa.
Seu trabalho ficou conhecido pelo aprisionamento de íons, a fim de implementar operações de computação quântica. Como traduzir

o impacto dessa pesquisa para os leitores?
(Risos) Talvez demore mais do que cinco minutos para fazê-lo. Esse trabalho sobre computação quântica tem como principal interesse os pequenos sistemas quânticos, incluindo os átomos e os íons com os quais operamos. Eles podem ser tratados como um bit e armazenar memória. Com isso, os bits podem ficar sobrepostos uns aos outros e carregar informações de 0 ou 1 ao mesmo tempo. Uma das peculiaridades de um sistema como esse, que não faz sentido em nossas experiências diárias comuns, está no fato de que ele pode ser um 0 ou um 1 ao mesmo tempo. Então, armazenamos uma partícula que pode estar em dois locais ao mesmo tempo. Isso não faz sentido no mundo diário. Só para dar um exemplo de como podemos usar esse sistema: é possível armazenar uma vasta quantidade de informações em um número muito pequeno de bits quânticos.

Mas a base de sua teoria é usada apenas em  supercomputadores ou se disseminou na informática?
Eu diria que, se pudermos produzir computadores quânticos úteis, seremos capazes de substituir os computadores clássicos. De fato, precisamos de sofisticados computadores clássicos para controlar os computadores quânticos. Mas nosso estudo, com certeza, torna os computadores comuns muito mais eficientes.

Quais as implicações práticas de sua pesquisa?
Uma de suas aplicações interessantes está no fato de que, se pudermos perceber a computação quântica, poderemos fatorar grandes números. Quebrar grandes números em pequenos fragmentos de números. Tal habilidade comprometerá todos os sistemas de criptografia. Então, terá um grande impacto sobre a codificação secreta. Essa é uma das aplicações primárias sobre as quais as pessoas têm falado. Mas acho que há muito mais aplicações a serem alcançadas.

Quando o senhor começou suas pesquisas?
Eu comecei quando iniciei minha carreira no National Institute of Standards and Technology. Foi na década de 1970. Comecei a usar o laser para prender íons. Para mim, esse foi realmente o início das pesquisas. Mas, para muita gente da minha área, o trabalho remonta ao momento em que o laser começou a ser útil para a física.

O Nobel é o máximo reconhecimento que um cientista  pode obter. Quais são seus planos a partir de agora?
Geralmente, isso é considerado uma verdade. Eu não sei (risos). Isso é bem impressionante nesse momento. Mas eu tenho que pensar o que ocorrerá nos próximos dias. É impressionante agora. O trabalho de todo cientista é feito de pequenos passos. Não podemos prever quando ocorrerá a próxima descoberta excitante, mas ela acontece de forma lenta e nos empurra para continuarmos a trabalhar. Nosso grupo no National Institute of Standards and Technology está focado em duas coisas: o desenvolvimento de relógios atômicos melhores e a computação quântica. (RC)

 

 

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