Armadilha monolítica manipula iões pesados para simulação quântica

A primeira versão do dispositivo brilhou. Construído a partir de um bloco de vidro de sílica fundida, acendeu-se no vácuo assim que foi aplicada a alta tensão de radiofrequência, um sinal de que o calor e a eletricidade estavam mal geridos. Abhishek Menon, estudante de doutoramento na Universidade Rice e autor correspondente do estudo, classificou essa primeira falha como «promissora e instrutiva». A armadilha só se tornou viável na sua terceira geração.

Os simuladores de iões aprisionados mantêm uma fila de átomos carregados, ou iões, no lugar com campos elétricos no interior de uma armadilha de iões. Os lasers fazem os iões interagir de modo a imitarem um sistema quântico escolhido pelos investigadores, e a informação codificada pelos iões revela as propriedades desse sistema. Isto é importante para sistemas tão complexos que mesmo os supercomputadores mais potentes têm dificuldade em simulá-los. As armadilhas de iões há muito que se dividiam em dois campos. As armadilhas de lâminas oferecem elevado desempenho, mas são montadas à mão, o que limita a sua precisão geométrica e as torna difíceis de reproduzir. As armadilhas de chip microfabricadas são precisas e fáceis de reproduzir, mas têm pior desempenho em muitos aspetos. As armadilhas tridimensionais monolíticas procuravam combinar as duas, mas, até agora, só conseguiam funcionar com iões leves, como o cálcio.

O desenho da equipa visa iões mais pesados, como o itérbio. Os canais para os iões e as valas para os elétrodos foram cortados no vidro com lasers e produtos químicos, e a armadilha foi depois revestida com ouro depositado por pulverização catódica. As valas isolam os elétrodos, o que impede que entrem em curto-circuito durante o revestimento e que sofram rutura dielétrica, uma falha elétrica, sob alta tensão no vácuo. A terceira geração acrescentou um dissipador de calor melhor para o afastar, reduziu o micromovimento axial dos iões e recorreu a um tratamento de superfície de base plasmática para ajudar a diminuir as taxas de aquecimento dos iões. A parte mais difícil foi equilibrar um espaçamento maior entre os iões, uma tensão baixa e um aquecimento aceitável, sem perder as qualidades que tornam a armadilha útil no laboratório.

As armadilhas foram testadas individualmente no laboratório de Pagano e na Universidade Duke. A equipa confirmou que funcionaram como previsto e que o seu comportamento coincidiu com as simulações informáticas anteriores. Estas são as medições da própria equipa, publicadas na Physical Review Applied; o relatório não cita nenhum grupo independente que as tenha repetido.

Os beneficiários imediatos são os laboratórios académicos. Roman Zhuravel, autor sénior e professor-assistente de investigação no laboratório de Pagano, afirmou que a armadilha monolítica torna os simuladores de iões aprisionados «mais acessíveis aos laboratórios académicos». Os investigadores podem simplificar um problema quântico difícil num problema que consigam resolver e, depois, transpor o resultado para o problema maior. O exemplo de Pagano é a transferência de carga na fotossíntese. O relatório não indica calendário para uma disponibilidade mais ampla nem preço, e não nomeia qualquer cliente comercial; a Translume Inc. surge apenas como colaboradora.