Materiais em estado quântico exibem propriedades exóticas, capazes de desafiar o que entendemos como “regras” da física, e por isso têm um potencial enorme para a ciência - mas quase sempre também são extremamente frágeis e, para existirem e funcionarem, costumam depender de temperaturas ultrabaixas.
Esse é um obstáculo sério para aproveitar essas características fora do laboratório: para virar tecnologia do dia a dia, esses materiais precisam deixar de depender de grandes refrigeradores de laboratório.
Agora, demos mais um passo nessa direção.
Um material quântico em temperatura ambiente
Pesquisadores da Louisiana State University criaram um material capaz de exibir “estranhezas” quânticas em temperatura ambiente. A estrutura é composta por um filme fino de ouro sobre um chip de vidro, no qual foram gravados padrões microscópicos.
O estudo foi publicado na revista Nature.
Parte do arranjo experimental usado no estudo. (Olivia Crowell)
O ponto-chave para operar em temperatura ambiente está na mudança de foco: em vez de depender sobretudo de elétrons e átomos, o material foi pensado para trabalhar com fótons (partículas de luz). Assim, ele contorna o tipo de perturbação em escala atômica que o calor normalmente provoca.
Metacristal plasmônico e os “meta-átomos”
O material pertence à categoria chamada metacristal plasmônico. Ele é “plasmônico” porque a luz que se propaga pela superfície gera ondulações de elétrons conhecidas como plásmons; e é “metacristal” por ser um cristal construído artificialmente.
Os padrões de fendas minúsculas gravados no material funcionam como átomos artificiais (os meta-átomos). São eles que determinam como diferentes grupos de fótons atravessam a estrutura - isto é, definem o comportamento quântico observado.
“"Ao projetar a distribuição de meta-átomos no metacristal plasmônico, podemos determinar de forma sistemática quais estatísticas quânticas têm permissão para atravessar a estrutura", diz o físico Riley Dawkins.”
“"Assim, nosso cristal essencialmente atua como um filtro estatístico para estados quânticos".”
As fendas microscópicas no ouro funcionam como filtros para a luz. (You et al., Nature, 2026)
Na prática, isso significa que, quando a luz entra no chip e percorre a superfície de ouro, ela é manipulada pelos meta-átomos. Ao ajustar o tamanho, a forma e o espaçamento das fendas, é possível obter resultados finais distintos no nível quântico.
Com isso, certos estados quânticos da luz conseguem ser transportados com menos interferência.
“"Chamamos isso de transporte robusto. Esses estados quânticos carregam informação", diz o físico Omar Magaña-Loaiza.”
“"Nosso cristal consegue distingui-los e movê-los de um ponto a outro de forma robusta, sem exigir resfriamento criogênico. É isso que abre a porta para tecnologias quânticas práticas".”
Esse tipo de abordagem pode ser aplicado, por exemplo, para transferir informação quântica com confiabilidade e sem a necessidade de temperaturas extremamente baixas. Trata-se, porém, de um resultado inicial, de prova de conceito, ainda que ele indique que a ciência fundamental por trás da ideia é sólida.
“"Uma das partes mais empolgantes deste projeto foi perceber que poderíamos construir um material que faz algo que a natureza não oferece por conta própria", diz o físico Chenglong You.”
“"Ver que ele funcionou exatamente como previmos foi extremamente gratificante".”
Um modelo que outras equipes podem reproduzir
Segundo os pesquisadores, os métodos empregados aqui não precisam ficar restritos a este único material. O trabalho funciona como um roteiro para que outros grupos sigam, ajustando o tamanho e o espaçamento das fendas conforme a necessidade - e, assim, modulando as propriedades do cristal e a forma como a luz é processada.
A própria luz já é quântica: diferentes tipos de luz (da luz de laser à luz ultravioleta) apresentam propriedades distintas. Embora o comportamento de materiais quânticos em temperatura ambiente já tenha sido observado antes, esta é a primeira demonstração desse efeito em um chip avançado de classificação e ordenamento de luz como este.
De modo mais amplo, o comportamento pouco convencional de materiais quânticos promete aplicações em computação, em comunicações (incluindo a internet quântica) e em energia - como aumentar a captação de energia solar por painéis solares, por exemplo.
A linha de pesquisa ligada a células solares é a próxima que o grupo pretende explorar: a ideia é usar o novo metacristal plasmônico para guiar melhor a luz incidente e reduzir a parcela perdida na forma de calor.
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“"Para mim, isso não foi apenas um projeto - foi um esforço coletivo construído em torno da ideia de criar algo completamente novo em tecnologia quântica", diz a física Jannatul Ferdous.”
“"O que tornou tudo realmente empolgante foi que não estávamos apenas criando uma nova classe de material quântico em temperatura ambiente, mas também desenvolvendo a teoria para entender e controlar seu comportamento".”
A pesquisa foi publicada na revista Nature.
Este artigo passou por checagem de fatos por Rebecca Dyer e foi editado por Michael Irving. Embora tenhamos orgulho do nosso processo, somos humanos. Se você encontrar algum erro, por favor, avise a gente.
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