Professor da UFCA publica artigo na área de Mecânica Quântica em periódico Qualis A1

O professor Job Furtado, do Centro de Ciências e Tecnologia da Universidade Federal do Cariri (CCT/UFCA), é autor do artigo Multiple non-Hermitian phase transitions on a quantum torus surface (ou Múltiplas Transições de Fases Não-Hermitianas em Superfícies Toroidais Quânticas, em tradução do inglês). O trabalho foi aceito pela revista norte-americana Physical Review B e deve ser publicado ainda em 2024. 

No atual Sistema Qualis Periódicos, a revista tem classificação A1: a mais alta. O periódico é focado em Física da Matéria Condensada e Física dos Materiais.

A pesquisa, na área da Mecânica Quântica, foi realizada por Job, que compõe o Grupo de Física Teórica e Computacional da UFCA (GFTC/UFCA), e também pelos pesquisadores Arcênio Lourenço – professor da Universidade Regional do Cariri (Urca) e integrante do Grupo de Simulação de Física Quântica (Quantum Physics Simulations – QuPhyS/Urca) – e Ygor Pará, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN).

Explicado de forma simples, o trabalho investigou, por meio de simulações computacionais, qual o efeito da Geometria nas propriedades de simetria de um sistema quântico. 

A chamada Mecânica Quântica é um ramo da Física que estuda a dinâmica de corpos de escala subatômica – como moléculas, os componentes do átomo (prótons, nêutrons e elétrons), entre outros. 

Segundo explana professor Job, até a descoberta do grafeno, em 2008, as pesquisas sobre o comportamento do elétron eram feitas, em sua grande maioria, apenas em superfícies planas: “Antes disso, não havia tecnologia para curvar materiais tão pequenos. Nossa curiosidade – uma vez que agora é possível curvar o grafeno –, foi saber se, transitando em uma forma toroidal, o elétron mudaria de comportamento, na comparação com o movimento em uma superfície plana”, detalha o professor. 

O grafeno é um material singular: com a espessura de único átomo (1 milhão de vezes mais fino que um fio de cabelo humano), é 200 vezes mais forte que o aço, extremamente flexível, quase transparente, com espetacular condutividade elétrica e térmica. Já o toroide é uma configuração espacial similar a uma câmara de pneu ou a uma rosquinha: “É como se você enrolasse uma superfície plana, para ela se tornar um cilindro e, então, unisse as duas pontas”, disse. 

Ainda sobre a pesquisa publicada, Job disserta sobre a forma como o elétron se movimenta. Segundo o pesquisador, muitos sistemas obedecem a três simetrias específicas. Para entender o trabalho em pauta, interessa-nos duas delas: a Inversão de Paridade (P) e a Reversão Temporal (T). 

Conforme detalha Job, de forma sintética, a Simetria P é aquela na qual o movimento em espelho não se diferencia do movimento original. Já a Simetria T é aquela em que o movimento de trás para frente não se diferencia do sentido temporal inverso.

“Em uma analogia com letras, algumas delas, como a letra O, mantêm-se iguais se colocarmos um espelho bem no meio delas. Com a letra A ou com a letra T também acontece isso, mas com a letra F não. Então, nesse último caso, não se manteve a Simetria P. Já a Simetria Temporal é aquela que é mantida mesmo se a gente voltar no tempo, como no movimento de um pêndulo. Se eu gravar o movimento pendular, ele será de um jeito. Se eu voltar a gravação, ele será do mesmo jeito. Assim, eu não posso saber se estou reproduzindo ou rebobinando a gravação”, disse.

Os pesquisadores da UFCA e da Urca descobriram que, em uma superfície toroidal, o movimento do elétron não mantém o mesmo comportamento de quando se movimenta em uma superfície plana, afetando as Simetrias P e T.

Com toda a formação acadêmica em Física (graduação, mestrado e doutorado), professor Job atua na chamada Física Pura, que se ocupa em desbravar novas possibilidades no campo da Física, desprendida da ideia de ser necessariamente útil ou experimental. Assim, quando perguntado sobre a utilidade de sua descoberta, ele é categórico. 

“Não muda nada para o cidadão comum, hoje. Acredito que a Ciência não deve se prender à necessidade de ser útil imediatamente. Muita coisa útil já foi produzida quando não havia utilidade aparente [à época de sua criação], como a televisão e o oxigênio líquido. A Teoria da Relatividade, à época de sua publicação, em 1905, também não tinha aplicabilidade prática”, reflete o docente.

Possíveis usos da descoberta

Entre as possíveis aplicações da descoberta, no futuro, está a de uso no desenvolvimento de dispositivos quânticos, como os computadores quânticos – milhares de vezes mais velozes que os computadores que conhecemos atualmente. Toda essa capacidade de processamento advém das propriedades da Mecânica Quântica. 

Apesar desses benefícios, os computadores quânticos enfrentam problemas que inviabilizam seu uso por pessoas comuns, como a ultrassensibilidade de um sistema quântico e a necessidade de manutenção desse equipamento a temperaturas extremamente baixas.

“-230ºC, mais ou menos. São temperaturas que precisamos alcançar para atingir um estado supercondutor, que é a base da computação quântica atual. Temperaturas como essa são atingidas com uso de hélio líquido, por exemplo – e isso é muito caro. Além disso, qualquer mínima perturbação no ambiente, como um ônibus passando na rua a alguns quarteirões de distância, afeta um sistema quântico. Então, é improvável que, num futuro próximo, pessoas comuns utilizem esse tipo de computador”, opina Job.

Entre os possíveis usos de um computador quântico estão a quebra de criptografias hoje consideradas seguras: “Um computador comum levaria décadas para quebrar a criptografia de uma conversa em um aplicativo de mensagens. Um computador quântico levaria poucos minutos. Se alcançarmos o pleno desenvolvimento da computação quântica, toda a ordem de serviços que usa criptografia, como os aplicativos bancários, teria que ser revista”, conclui.

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