O quântico no seu bolso
Aula 5 de 23 do curso “Quântica”. Grátis, com animações e teste.
Seu celular é um aparelho quântico
A física quântica não é só sobre o futuro. Sem ela não existiria smartphone. O chip, a memória, a câmera, a tela, o Face ID e o GPS funcionam com efeitos que só o quântico explica: degraus de energia, tunelamento, fótons. Engenheiros usam essas regras há 70 anos. Agora vamos passar por cada peça e entender por que o qubit é o próximo passo, e não ficção científica do nada.
O transistor: 19 bilhões de torneiras
Um transistor é uma torneira minúscula de elétrons: aberta é 1, fechada é 0. O chip A17 Pro da Apple tem 19 bilhões deles. Por que o silício às vezes conduz e às vezes não? A física comum não explica. A resposta veio da teoria quântica: os elétrons num cristal têm faixas de energia permitidas e proibidas, os mesmos degraus da primeira aula. Sem essa teoria não existiria nenhum computador. Aliás, o bit comum de um transistor é justamente o 0 ou 1 que vamos comparar com o qubit.
O laser e o Face ID
Em 1917 Einstein percebeu que um fóton pode “convencer” um átomo excitado a soltar um fóton idêntico, da mesma cor e na mesma direção. Em 1960 o primeiro laser foi montado com essa ideia. Uma lâmpada comum solta fótons bagunçados; um laser dá um exército de fótons iguais. Onde está na sua vida: o leitor de código de barras do caixa, a internet por fibra e o Face ID, que projeta no seu rosto mais de 30 mil pontos de laser invisíveis e monta com eles um mapa 3D.
O GPS depende de relógios atômicos
Seu celular descobre onde você está pelos sinais dos satélites: compara quando cada sinal saiu e quando chegou. A luz percorre 300 metros em um milionésimo de segundo. Então os relógios precisam ser absurdamente precisos. Os satélites levam relógios atômicos: eles contam os saltos do elétron entre degraus num átomo de césio ou rubídio. Desde 1967 o segundo equivale oficialmente a 9.192.631.770 ciclos da radiação do césio. Sem degraus quânticos, o GPS erraria por quilômetros.
O hospital, a lâmpada, a TV
A ressonância magnética vê órgãos pelos núcleos de hidrogênio do seu corpo. Cada núcleo tem spin, uma propriedade quântica que funciona como um ímã minúsculo. Um ímã supercondutor alinha os spins, e ondas de rádio os fazem “tocar”. O LED azul, sem o qual não haveria lâmpadas LED brancas nem telas, deu a cientistas japoneses o Nobel de 2014. E os pontos quânticos das TVs QLED brilham em cores puras; eles renderam o Nobel de Química de 2023.
A primeira e a segunda revolução quântica
Tudo o que vimos é a primeira revolução quântica. Transistores, lasers e relógios usam leis quânticas para multidões enormes de partículas de uma vez. Agora está rolando a segunda: os cientistas aprenderam a controlar átomos, fótons e elétrons um a um, mantê-los em superposição e emaranhá-los. Daí vêm os computadores quânticos, a comunicação quântica e sensores ultraprecisos. No nível dois você vai montar um qubit, aplicar portas e ver a interferência num simulador.
Teste-se
- Qual destes funciona graças à física quântica?
Resposta certa: Todos: o chip, o Face ID e o GPS. Os transistores do chip dependem de faixas de energia quânticas, o Face ID de um laser, o GPS de relógios atômicos. O quântico já está no seu bolso há tempos, não só no futuro. - Por que o GPS não funciona sem relógios atômicos?
Resposta certa: Um erro de um milionésimo de segundo já é 300 m. A posição é calculada pelo tempo de viagem do sinal. A luz percorre 300 m em um milionésimo de segundo, então os relógios precisam ser milhões de vezes mais precisos que os comuns. - Como a segunda revolução quântica difere da primeira?
Resposta certa: Controlamos partículas isoladas e sua superposição. A primeira revolução usou leis quânticas para multidões de partículas. A segunda trabalha com cada partícula individualmente: superposição, emaranhamento, qubits.