Elétrons são considerados portadores da carga elétrica fundamental, presumidos como indivisíveis. Contudo, ao aprofundarmos nosso entendimento na mecânica quântica, descobrimos que as propriedades coletivas em determinados sistemas quânticos podem manifestar cargas efetivas fracionárias, distintas da carga integral do elétron. Essas cargas fracionárias emergem em fenômenos complexos, como é o caso do efeito Hall quântico fracionário, o que evidencia a rica natureza dos sistemas quânticos.
Em se tratando de computação quântica, os estados Hall quânticos fracionários são importantes pois eles viabilizam a construção de computadores quânticos topológicos. Os computadores quânticos topológicos representam uma das mais promissoras frentes na evolução da computação quântica. Eles se destacam pois se beneficiam de codificações que operam de maneira não-local, o que os torna resistentes a erros causados por perturbações locais. De fato, o uso dessas propriedades topológicas tem o potencial de revolucionar a forma como processamos informações em escala quântica.
Embora altamente promissora, a utilização de cargas fracionárias para computação quântica enfrentava um obstáculo significativo: a dependência de campos magnéticos intensos. Tipicamente, este tipo de computação quântica topológica faz uso de uma combinação de efeito Hall quântico fracionário e um supercondutor, mas os campos magnéticos fortes tendem a comprometer a supercondutividade, anulando suas propriedades essenciais. É neste sentido que o trabalho recente de Long Ju e sua equipe do MIT representa um avanço revolucionário.
Em uma publicação recente, na renomada revista Nature, os pesquisadores mostraram pela primeira vez a presença do efeito Hall anômalo quântico fracionário (análogo do efeito Hall quântico fracionário) sem a presença de um campo magnético. Para tal, os autores exploraram uma configuração de grafeno em camadas, combinando-o de maneira específica para induzir o efeito desejado. A técnica, consegue então superar os desafios anteriores, viabilizando o uso das cargas fracionárias na realização de computações quânticas. Tal estudo certamente abre novos caminhos para o desenvolvimento de computadores quânticos tolerantes a falhas, sendo um novo marco nessa empreitada.
Para mais detalhes, veja o artigo original: https://www.nature.com/articles/s41586-023-07010-7
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