Nobel de F�sica vai para observa��es da mec�nica qu�ntica em escala macro

Eletrônica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/10/2025

Física quântica a olho nu

O Prêmio Nobel de Física de 2025 foi concedido a três pesquisadores pela descoberta do tunelamento mecânico quântico macroscópico - tipicamente os fenômenos quânticos só são observados na escala dos átomos, no máximo das moléculas, mas agora sabemos que, sob condições especiais, é possível observá-los também em escala maior.

O prêmio foi concedido a John Clarke, nascido no Reino Unido e atualmente professor na Universidade da Califórnia em Berkeley, nos EUA, Michel H. Devoret, nascido em 1953 em Paris, na França e atualmente professor nas universidades de Yale e Califórnia de Santa Bárbara, nos EUA e John M. Martinis, nascido em 1958 nos EUA e atualmente professor na Universidade da Califórnia de Santa Bárbara.

Quase sempre trabalhando juntos, os três físicos usaram uma série de experimentos para demonstrar que as propriedades bizarras do mundo quântico podem ser implementadas e observadas em um sistema grande o suficiente para ser segurado na mão.

O sistema elétrico supercondutor projetado por eles demonstra o fenômeno do tunelamento quântico, passando de um estado para outro como se estivesse atravessando uma parede. Eles também mostraram que o sistema absorve e emite energia em doses de tamanhos específicos, exatamente os quanta discretos de energia previstos pela mecânica quântica.

Enquanto no nosso dia a dia uma partícula atirada contra uma parede irá rebater e voltar, a mecânica quântica permite que uma partícula atravesse diretamente a barreira, por meio do processo do tunelamento. Contudo, quando passamos de uma única partícula para um grande número de partículas, os efeitos da mecânica quântica vão se tornando insignificantes, até não serem mais observados. Os experimentos dos três físicos demonstraram que essa propriedade da mecânica quântica pode ser concretizada em escala macroscópica.

Mecânica quântica em escala macro

Em 1984 e 1985, John Clarke, Michel Devoret e John Martinis realizaram uma série de experimentos com um circuito eletrônico construído com componentes supercondutores, que podem conduzir corrente sem resistência elétrica.

No circuito, os componentes supercondutores eram separados por uma fina camada de material não condutor, uma configuração conhecida como junção Josephson. Ao refinar e medir todas as diversas propriedades do circuito, eles conseguiram controlar e explorar os fenômenos que surgiam quando uma corrente elétrica passava por ele.

Juntas, as partículas carregadas que se moviam através do supercondutor formavam um sistema que se comportava como se fossem uma única partícula que preenchia todo o circuito - e essa "superpartícula" seguiu as regras da mecânica quântica.

Simulando uma grande partícula

Este sistema macroscópico, semelhante a uma partícula, fica inicialmente em um estado em que a corrente flui sem qualquer tensão, ficando preso nesse estado como se estivesse atrás de uma barreira que não consegue atravessar.

O sistema então revela seu caráter quântico ao conseguir escapar do estado de tensão zero por meio do tunelamento - a mudança de estado do sistema é detectada justamente pelo aparecimento de uma tensão elétrica no circuito.

O experimento também demonstrou que o sistema se comporta da maneira prevista pela mecânica quântica: Ele é quantizado, o que significa que ele absorve ou emite apenas quantidades específicas de energia, e não uma faixa contínua, como acontece nos circuitos clássicos analógicos.

Muitas aplicações

Os transistores nos chips de computador e de todos os aparelhos eletrônicos são o exemplo mais conhecido da tecnologia quântica - os transistores mais modernos tiram proveito do tunelamento quântico na escala atômica.

O trabalho dos ganhadores do Nobel deste ano abrem caminho para que esses efeitos sejam aproveitados em escala muito maior, eventualmente viabilizando tecnologias quânticas de próxima geração, em escala macro, além das já tradicionais criptografia quântica, computação quântica e sensores quânticos.