Corriam os anos 80 e boa parte do mundo vivia primeira grande euforia dos computadores pessoais, mas o trio de investigadores composto por John Clarke, Michel H. Devoret e John M. Martinis preferiu focar as atenções num pequeno chip com cerca de um centímetro de comprimento para comprovar o que previam as teorias da mecânica quântica. Foi com essas experiências levadas a cabo entre 1984 e 1985 que se tornou possível demonstrar, pela primeira vez, o efeito de túnel e a quantização de um coletivo de eletrões em dispositivos de macroescala. Para a computação quântica revelou-se um grande passo em frente. E foi esse feito que a Real Academia das Ciências da Suécia quis homenagear com a atribuição do prémio Nobel da Física de 2025, esta terça-feira.

“É maravilhoso celebrar a forma como a mecânica quântica com mais de um século continua a suscitar novas surpresas. Tem sido também bastante útil, uma vez que a mecânica quântica serve de fundação para toda a tecnologia digital”, lembrou Olle Eriksson, presidente do Comité do Nobel da Física, num comunicado publicado pela Real Academia das Ciências da Suécia.

Antes das experiências levadas a cabo pelo trio de laureados, os efeitos de quantização descritos pela mecânica quântica apenas eram observados experimentalmente à escala de átomos individuais – mas nos chips desenvolvidos por Clarke, Devoret e Martinis a limitação associada ao tamanho deixou de ser uma barreira intransponível, pois tornou-se possível reproduzir o que a teoria previa em dispositivos de um centímetro. “Foi a primeira vez que se conseguiu demonstrar estes efeitos quânticos à macroescala. Além disso, este trabalho permitiu mostrar que é possível construir chips com circuitos que permitem tirar partido destes dois efeitos quânticos”, explica Margarida Cruz, professora da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (CIÊNCIAS). “Implicou conhecimento profundo da teoria quântica, mas também implicou encontrar forma de desenvolver um dispositivo que fosse capaz de reproduzir todas as condições necessárias para verificar os fenómenos previstos”, acrescenta a investigadora da área da Física.

John Clarke é um investigador de origem britânica que tem vindo a trabalhar na Universidade da Califórnia. É também na mesma universidade que se encontra afiliado o americano John M. Martinis. Michel H. Devoret é francês e é apresentado com as afiliações das Universidades da Califórnia e de Yale.

Segundo o comunicado da Real Academia das Ciências da Suécia, o trio de investigadores agora laureados logrou gerar um comportamento coletivo quantizado num conjunto de eletrões que se comportam em uníssono. O que significa que todos estes eletrões atuam como uma única entidade. A experiência recorreu a materiais supercondutores – que se distinguem precisamente por conterem os eletrões e não apresentarem resistência à passagem da corrente elétrica – separados por uma camada não condutora, numa configuração conhecida como “junção de Josephson”. Apesar de funcionar como uma barreira física à passagem de partículas, a camada não condutora foi atravessada pelos eletrões, demonstrando também o efeito de túnel à macroescala.

As lógicas quânticas podem parecer pouco credíveis para quem se habituou à macroescala, mas revelaram-se especialmente valiosas para as indústrias dos transístores e dos processadores que têm evoluído à boleia da miniaturização. “Os três laureados mostraram que é possível observar efeitos quânticos à macroescala e também que seria possível replicar esses efeitos noutros dispositivos que respeitem as propriedades quânticas”, sublinha Margarida Cruz. “No fundo, este trabalho ajudou a perceber o que deveria ser considerado para gerar um circuito quantizado”, acrescenta a professora de CIÊNCIAS.

Sendo a área do saber que lida com átomos e partículas subatómicas, a mecânica quântica cedo começou a despertar o interesse de quem desenvolve chips e transístores, mas também viria a ser aplicada no desenvolvimento de alguns dos sensores mais precisos que existem na atualidade. A computação quântica continua a deparar-se com limitações físicas, que implicam o uso de temperaturas muito baixas (geralmente próximas do zero absoluto ou -273 °C), para evitar vibrações que alteram os estados das partículas e acabam por se refletir em erros no processamento da informação. E essa é apenas uma das razões por que os computadores quânticos, que são apontados como a próxima geração da informática, continuam longe da vulgarização.

Apesar de todos estes desafios técnicos, IBM, Google, D-Wave, Microsoft, Intel, Amazon ou Nvidia continuam a manter bem acesa a corrida entre muitas outras marcas que procuram garantir um lugar neste filão tecnológico. “Ainda há muito para descobrir na área da quântica. E é expectável que surjam mais descobertas – e consequentemente também prémios Nobel”, conclui Margarida Cruz. 

Margarida Cruz também comentou este tema na seguinte notícia nos meios de comunicação:

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