Cientistas criam materiais exóticos considerados impossíveis

Com os avanços em computação quântica, empresas uma vez que IBM, Google e startups deep tech estão acelerando uma novidade revolução tecnológica. Esse movimento impacta diretamente áreas uma vez que:

• Qubits: Unidades fundamentais que permitem processamento exponencialmente mais rápido
• Criptografia: Sistemas atuais podem se tornar vulneráveis com computadores quânticos avançados
• Invenção de medicamentos: Simulações moleculares mais rápidas e precisas
• Otimização: Aplicações em logística, finanças e perceptibilidade sintético

Num estudo recente que explorou os fundamentos da física quântica, os investigadores examinaram uma vez que a material se comporta em escalas extremamente pequenas, incluindo átomos, eletrões e fotões. O trabalho, liderado pelo professor do Departamento de Física da Cal Poly, Ian Powell, focou em uma vez que a variação de um campo magnético ao longo do tempo pode fazer com que a material exiba propriedades incomuns e nunca antes vistas.

Powell e o estudante pesquisador Louis Buchalter, que obteve o diploma de bacharel em física da Cal Poly em 2025, publicaram suas descobertas na Physical Review B em um cláusula intitulado “Flux-Switching Floquet Engineering”. A sua investigação mostra que quando os campos magnéticos são alterados de forma controlada e dependente do tempo, podem gerar estados quânticos que não existem em materiais que permanecem inalterados ao longo do tempo (permanecendo no mesmo estado com o passar do tempo).

“Em um nível universal, eu descreveria isso uma vez que um progresso em nossa compreensão de uma vez que o controle dependente do tempo pode produzir e organizar novas formas de material quântica”, disse Powell. “A teoria mediano é que propriedades quânticas úteis podem depender não somente do que é um material, mas de uma vez que ele é acionado no tempo. No nosso caso, mostramos que a mudança periódica de um campo magnético pode produzir fases quânticas acionadas sem contrapartida estática.”

Rumo a tecnologias quânticas mais estáveis

Ao cronometrar cuidadosamente uma vez que os campos magnéticos são aplicados, os cientistas podem projetar sistemas quânticos com propriedades que são mais estáveis ​​e menos vulneráveis ​​a “soído” ou imperfeições. Estas interrupções são um grande repto na tecnologia quântica, muitas vezes levando a erros nos cálculos ou no desempenho do sistema.

Powell observou que embora os detalhes técnicos possam ser difíceis de explicar fora do campo, o concepção mais extenso é evidente. As descobertas sugerem novas maneiras de produzir e estudar esses estados quânticos incomuns em ambientes controlados, uma vez que experimentos com átomos ultrafrios.

“A relevância industrial mais direta do nosso estudo é para a computação quântica e simulação quântica, e não para um setor de uso final específico neste estágio”, disse Powell. “Qualquer impacto eventual em áreas uma vez que farmacêutica, finanças, manufatura ou aeroespacial seria provavelmente indireto, contribuindo para o desenvolvimento a longo prazo de melhores tecnologias quânticas. Para progredir em direção ao uso industrial, os próximos passos seriam a validação experimental e mais trabalho conectando essas ideias a plataformas realistas de dispositivos quânticos.”

Novos padrões matemáticos em sistemas quânticos

Além de produzir novos estados quânticos, a pesquisa também identificou um princípio de organização matemática que reflete padrões normalmente encontrados em sistemas quânticos de dimensões superiores. Isto sugere que sistemas relativamente simples, impulsionados por condições variáveis, poderiam fornecer novas maneiras de explorar a física quântica mais complexa.

A equipe também mapeou uma vez que esses estados exóticos se formam, revelando uma estrutura precisa no diagrama de fases topológicas do sistema. Levante diagrama serve uma vez que um guia visual para diferentes fases quânticas estáveis, cada uma definida por propriedades topológicas fixas.

Por que o controle quântico é importante para a computação

A mecânica quântica permite que os sistemas de computação processem informações de maneiras que excedem em muito as capacidades dos computadores clássicos. Esses sistemas podem realizar simulações em larga graduação, investigar vastos conjuntos de dados e resolver problemas complexos com mais eficiência.

Os campos magnéticos desempenham um papel mediano neste processo. Eles são comumente usados ​​para controlar e medir bits quânticos (ou qubits), as unidades fundamentais da informação quântica. Qubits são comparáveis ​​às unidades de 0s e 1s na computação clássica (aplicadas atualmente na computação geral) usadas para simbolizar estados elétricos físicos.

Experiência de pesquisa do aluno e trabalho porvir

Para Buchalter, a participação no estudo proporcionou informações valiosas sobre o processo de pesquisa e a informação científica.

“Muito sobre o processo de meio de pesquisas e uma vez que as novas descobertas da pesquisa são efetivamente comunicadas à comunidade científica mais ampla.”

“Aprendi que a pesquisa raramente é um processo simples, muitas vezes exigindo persistência e solução criativa de problemas durante o curso de um projeto de pesquisa”, disse Buchalter. “Acredito que nossos resultados ajudam a provar o poder da engenharia Floquet para a realização de sistemas quânticos com propriedades altamente ajustáveis, abrindo caminho para futuras pesquisas sobre material quântica impulsionada periodicamente e o desenvolvimento de suas aplicações.”

Buchalter planeja iniciar um programa de mestrado em ciência e engenharia de materiais na Universidade de Washington no outono, onde se concentrará em estudos experimentais de material quântica. Ele também está considerando uma futura curso em um laboratório pátrio trabalhando no desenvolvimento de dispositivos quânticos.

“Inicialmente assumi o projeto devido ao meu interesse pela física da material condensada, no entanto, fiquei fascinado pelo campo dos materiais quânticos através da minha experiência”, disse Buchalter. “Estou muito interessado em continuar a estudar a material quântica e ajudar a desenvolver suas aplicações em dispositivos eletrônicos e fotônicos”.