Pesquisadores da Universidade de Liège desenvolveram um método inovador que usa uma combinação de geometria e controle quântico para gerar rapidamente estados de superposição quântica (ou seja, estados NOON). Esta inovação reduz drasticamente o tempo de preparação de minutos para milissegundos, abrindo as portas para aplicações práticas em computação quântica e sensores de ultraprecisão.

A criação de superposições quânticas de átomos ultrafrios tem sido um grande desafio, com os métodos existentes provando ser muito lentos para uso prático em laboratório. Pesquisadores da Universidade de Liège desenvolveram agora um novo método que combina geometria com “controle quântico” para acelerar significativamente esse processo e abrir as portas para aplicações práticas da tecnologia quântica.

Imagine empurrar um carrinho de compras cheio até o supermercado. O objetivo é chegar ao caixa mais rápido que todos e não perder itens em curvas fechadas. A chave do sucesso é encontrar o caminho mais reto e suave e manter a velocidade sem diminuir a velocidade.

Foi exactamente isso que Simon Dengis, investigador doutorado na Universidade de Liège, conseguiu. Ele não está num supermercado, mas no complexo domínio da física quântica.


O estado NOON é um estado quântico de superposição no qual N partículas estão em um estado “simultaneamente” e em outro estado “simultaneamente”. Aqui, as partículas ficam presas em dois poços, dentro do poço criado pelo laser. O estado de superposição consiste, portanto, em um estado em que todas as partículas estão no poço esquerdo e em um estado em que estão presas no poço direito. Quando as partículas estão no mesmo local, elas interagem e “grudam” umas nas outras, evitando que partículas individuais saiam da armadilha. Fonte da imagem: Universidade de Liège / S. Dengis

Dungis colaborou com a equipe de Física Quântica Estatística (PQS) para desenvolver um protocolo para geração rápida de estados NOON. “Esses estados parecem versões em miniatura do famoso gato de Schrödinger, as superposições quânticas”, explica ele. “Eles são essenciais para tecnologias como sensores quânticos ultraprecisos ou computadores quânticos”.

Quais são os principais desafios? A criação desses estados geralmente leva muito tempo. Estamos falando de dezenas de minutos ou mais, o que muitas vezes ultrapassa a duração do experimento. Qual é o motivo? Gargalos de energia, “viragens bruscas” na evolução de um sistema, forçam-no a desacelerar.


O controle antidiabático compensa a inércia do sistema alterando-o de alguma forma. Neste exemplo, para compensar o movimento da água causado pelo movimento do garçom, o garçom pode inclinar a bandeja para neutralizar a inércia do copo, evitando que ele tombe. Fonte da imagem: Universidade de Liège/S.Dengis

Este é o trabalho inovador da equipe da Universidade de Liège. Eles abriram com sucesso o caminho para os átomos, combinando os dois conceitos poderosos de condução antidiabática e caminhos geodésicos ideais. O resultado: o sistema pode evoluir mais rapidamente sem se desviar da trajetória ideal, como um motorista que antecipa uma curva inclinando o palete.

“Essa estratégia economiza muito tempo: em alguns casos, a velocidade de processamento pode ser 10 mil vezes mais rápida, mantendo uma fidelidade de 99%, ou seja, um resultado quase perfeito”, afirma Peter Schlagheck, diretor do laboratório. Anteriormente, demorava cerca de dez minutos para criar esse estado, mas os pesquisadores conseguiram reduzir significativamente o tempo de espera... para 0,1 segundos!

Com esta descoberta, podemos finalmente produzir o estado NOON usando átomos ultrafrios. Isto abre perspectivas promissoras para a metrologia quântica (medições ultrassensíveis de tempo, rotação ou gravidade) e para a tecnologia da informação quântica. Em última análise, essas ferramentas poderiam melhorar instrumentos como giroscópios quânticos ou detectores de gravidade em miniatura.


O protocolo proposto (azul, GCD) pode ampliar o gargalo de energia (comparado ao protocolo vermelho usual G) e, portanto, requer menos frenagem ao se aproximar do gargalo. Esse quadro pode ser entendido em termos de motociclismo: a moto vermelha precisa frear mais do que a moto azul porque as curvas são menos “suaves”. Portanto, a motocicleta azul chegará ao destino antes do adversário. Neste ponto, as mudanças na energia do sistema (e portanto no seu estado) são menos repentinas, acelerando significativamente todo o processo. Fonte da imagem: Universidade de Liège/S.Dengis

Este estudo mostra como teoria e experimento podem ser combinados para impulsionar o progresso concreto na física quântica. Ao combinar conceitos matemáticos, física fundamental e viabilidade experimental, os investigadores da Universidade de Liège fizeram descobertas que poderão transformar o que antes era teoria na tecnologia do futuro.

A superposição quântica ocorre quando um sistema quântico (como um átomo, elétron ou fóton) pode estar em vários estados ao mesmo tempo sem ser observado. O exemplo mais utilizado para explicar este conceito é o gato de Schrödinger: um gato trancado numa caixa. De acordo com a mecânica quântica, o gato está vivo e morto até que a caixa seja aberta. Essa combinação simultânea de dois estados é chamada de superposição.

Somente abrindo a caixa e observando podemos “forçar” a natureza a escolher um estado: viva ou morta. O estado NOON é um exemplo de superposição quântica: todos os átomos estão no poço esquerdo e no poço direito ao mesmo tempo. Somente no momento da medição eles aparecem em um deles.

Compilado de /scitechdaily