Luz supersólida: como esse avanço científico pode mudar a computação de forma definitiva

A física quântica continua a nos surpreender com descobertas que desafiam a lógica convencional. Pela primeira vez na história, cientistas conseguiram transformar luz em um supersólido, um estado exótico da matéria que pode ter implicações profundas na computação quântica e até na indústria de supercondutores.

Publicado na renomada revista Nature em março de 2025, o estudo foi realizado por uma equipe internacional de pesquisadores, liderada por Dimitrios Trypogeorgos e Antonio Gianfrate, do CNR Nanotec (Instituto de Nanotecnologia) na Itália, com colaboração de cientistas da Universidade de Innsbruck (Áustria), Universidade de Pavia (Itália), Universidade de Trento (Itália), Laboratório Nacional de Berkeley (EUA) e Universidade de Princeton (EUA).

Mas o que exatamente é um supersólido e como a luz se transforma nesse estado de matéria? O experimento pode abrir portas para um futuro onde a luz desempenha um papel essencial em tecnologias de ponta, como a computação quântica. Vamos entender o que essa descoberta significa para o futuro da ciência e da tecnologia.

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O Que São Supersólidos e Por Que São Tão Incríveis?

Os supersólidos são um dos estados mais misteriosos da matéria. Eles combinam propriedades de um sólido — uma estrutura rígida e ordenada — com a fluidez de um superfluido, ou seja, a capacidade de fluir sem resistência. Esse fenômeno ocorre quando partículas em um material se organizam de maneira a manter a estrutura sólida, mas ao mesmo tempo podem fluir como um líquido sem viscosidade.

Até recentemente, esse fenômeno só havia sido observado em gases atômicos ultrafrios. Agora, pela primeira vez, cientistas conseguiram criar esse estado em polarítons, partículas híbridas formadas por luz e matéria. A criação de um supersólido com luz abre um vasto campo de possibilidades, desde novas formas de computação quântica até avanços em supercondutores.

Como Funciona um Supersólido?

Imagine um cubo de gelo. Ele é sólido e rígido, mas e se ele pudesse fluir como um líquido, sem resistência e sem atrito? Isso é o que caracteriza um supersólido. Em um material comum, as partículas vibram e se movem devido ao calor e à agitação térmica.

Mas, em um supersólido, a temperatura é tão baixa que a agitação térmica praticamente desaparece, permitindo que as partículas se comportem de uma maneira ordenada, mantendo a fluidez sem a resistência típica dos líquidos.

A Inovadora Criação de um Supersólido com Luz

Para criar esse estado exótico, os pesquisadores usaram polarítons, partículas híbridas formadas pela interação entre fótons (partículas de luz) e éxcitons (quasipartículas que surgem quando um elétron é excitado em um material). Quando essas partículas interagem em condições específicas, elas se organizam de maneira única.

O segredo para alcançar a supersolidez de luz está no uso de um cristal fotônico. Este cristal atua como uma “gaiola” para os fótons, permitindo que eles interajam fortemente com a matéria e se comportem de maneiras que não seriam possíveis em materiais convencionais. Dentro desse cristal, os polarítons foram manipulados para formar um padrão ordenado, mas ainda fluindo como um líquido quântico.

O Papel do Cristal Fotônico

Um cristal fotônico é um material especialmente projetado para controlar o movimento da luz. Ele funciona como uma rede de “gaiolas” que podem capturar fótons e guiá-los ao longo de trajetórias específicas. Isso permite que os pesquisadores manipulem como a luz interage com as partículas de matéria e, nesse caso, criem novas propriedades quânticas, como a supersolidez.

Como o Supersólido de Luz Foi Criado?

O experimento que gerou o supersólido de luz foi um processo complexo e fascinante. Aqui estão os passos principais envolvidos na criação desse novo estado de matéria:

Passo 1: Escolha da Plataforma Experimental

Os pesquisadores usaram um cristal fotônico especialmente projetado para atuar como um meio de confinamento para os fótons e a matéria.

Passo 2: Criação dos Polarítons

Foi criada uma condensação de polarítons, partículas híbridas formadas pela interação entre fótons e éxcitons. Esses polarítons foram confinados dentro do cristal fotônico.

Passo 3: Indução do Estado de Condensação

A temperatura foi reduzida a níveis criogênicos, próximos ao zero absoluto, o que permitiu que as partículas se comportassem coletivamente e formassem um Condensado de Bose-Einstein (BEC), um pré-requisito para a formação de supersólidos.

Passo 4: Modulação da Densidade

O cristal fotônico impôs uma modulação na densidade do condensado de polarítons, criando um padrão de densidade periódica necessário para a formação do supersólido.

Passo 5: Observação da Supersolidez

A equipe observou que o condensado apresentava a quebra espontânea de simetria translacional, um sinal claro de que os polarítons estavam exibindo um comportamento supersólido.

Passo 6: Análises de Coerência e Estabilidade

Foram feitas medições interferométricas para verificar a coerência do estado quântico, confirmando que o supersólido de luz mantinha a sua estabilidade sem perda de fase.

O Potencial da Descoberta: Impactos na Tecnologia

Essa descoberta tem implicações significativas para diversas áreas da tecnologia, especialmente a computação quântica e supercondutores. Como o estado supersólido combina características de sólidos e líquidos, ele pode abrir portas para novas formas de armazenamento de dados, processamento ultrarrápido de informações e transmissões de energia sem perdas.

Supercondutores de Alta Eficiência

Com a ausência de resistência, os supersólidos podem permitir a transmissão de eletricidade sem perdas, o que é uma revolução para as redes de energia e dispositivos de alta performance, como computadores quânticos.

Computação Quântica

O estado supersólido pode ser crucial no desenvolvimento de qubits mais estáveis, o que aumentaria significativamente a eficiência e confiabilidade dos computadores quânticos, acelerando avanços nessa área.

Novos Materiais para Chips e Circuitos

A criação de superfícies quânticas que combinam a fluidez e a estrutura rígida dos supersólidos pode abrir caminho para novos materiais para chips e circuitos, aumentando a eficiência e a miniaturização de dispositivos eletrônicos.

Temperaturas Extremas e Seus Efeitos

Uma das razões pelas quais os supersólidos são tão difíceis de criar é que eles só podem existir em temperaturas próximas ao zero absoluto, ou seja, em condições de temperaturas criogênicas.

Quando as partículas atingem essas temperaturas extremamente baixas, a agitação térmica diminui drasticamente, permitindo que os efeitos quânticos dominem o sistema. Isso cria um ambiente ideal para que fenômenos como a fusão entre solidez e fluidez se manifestem.

O Futuro da Supersolidez de Luz

Embora a pesquisa ainda esteja nos estágios iniciais, as possibilidades dessa descoberta são vastas. A criação de supersólidos de luz pode levar a novos avanços em computação quântica, supercondutores, memórias ultrarrápidas, e até mesmo lubrificantes sem atrito para tecnologias de ponta.

Desafios e Possíveis Aplicações Futuros

Atualmente, os supersólidos de luz estão em estágio experimental, e é estimado que a aplicação comercial dessas tecnologias ainda levará de 10 a 20 anos. No entanto, o progresso contínuo nas pesquisas pode trazer essa revolução quântica para o mercado muito antes do esperado.

Considerações finais

A descoberta de supersólidos criados a partir da luz marca um ponto de inflexão na física quântica. Ao combinar a rigidez de um sólido com a fluidez de um líquido quântico, essa pesquisa abre portas para inovações tecnológicas que podem transformar indústrias inteiras.

Embora a tecnologia esteja apenas começando, o impacto potencial da computação quântica e dos supercondutores de alta eficiência promete mudar a forma como entendemos e utilizamos a matéria em nosso cotidiano.

A luz, agora transformada em um supersólido, é apenas o começo de uma nova era na física e na tecnologia. Se bem explorada, essa descoberta pode acelerar o desenvolvimento de dispositivos quânticos e abrir caminho para avanços em computação e eletrônica que há poucos anos pareciam impossíveis.