Pesquisadores da Virginia Tech desenvolveram um dispositivo em escala de chip capaz de controlar ondas sonoras para imitar os níveis discretos de energia de átomos reais, abrindo novo caminho para processamento de sinais, computação quântica e tecnologias de sensoriamento. O chamado átomo acústico foi construído com cristais fonônicos de niobato de lítio e utiliza campos elétricos para forçar transições entre estados de energia acústica, assim como elétrons saltam entre níveis em um átomo.
Os resultados foram publicados no periódico Physical Review Letters, conforme divulgado pelo portal phys.org. O professor assistente Linbo Shao, do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Virginia Tech, liderou o estudo em colaboração com colegas do Centro de Sistemas Eletrônicos de Potência, do Departamento de Física e do Centro de Ciência e Engenharia da Informação Quântica da universidade, além do Laboratório Nacional de Oak Ridge.
A equipe demonstrou que ondas acústicas podem ser confinadas em uma pegada microscópica e reter informação ou energia por intervalos muito mais longos do que as ondas eletromagnéticas equivalentes. Diferentemente dos desafios de ruído, vibração e fragilidade que afetam sistemas quânticos baseados em partículas eletromagnéticas, a abordagem acústica oferece via compacta e sustentável para rotear e processar sinais.
O dispositivo funciona como plataforma análoga de computação acústica diretamente integrada em chip, com potencial para reduzir drasticamente o tamanho de componentes de comunicação por micro-ondas e melhorar a filtragem de sinais. Segundo Shao, a meta de longo prazo é operar com fônons individuais, as unidades quânticas do som, o que exigirá colaboração com os centros de pesquisa da Virginia Tech.
Mesmo no estágio atual, usando fontes de micro-ondas clássicas e coerentes, o átomo acústico já demonstra capacidade de imitar comportamentos atômicos controlados, abrindo possibilidades para interfaces de hardware quântico e sensoriamento de altíssima precisão. Os pesquisadores acreditam que a tecnologia poderá influenciar áreas como inteligência artificial quântica, imagens médicas e GPS de próxima geração, ao permitir que sinais sejam processados de maneira mais estável e com menor interferência.
O estudo é assinado por Jun Ji e outros coautores, com DOI 10.1103/PhysRevLett.136.243602 no Physical Review Letters e registro no arXiv sob o identificador 2510.27496. Ao recriar comportamentos que antes só se viam em sistemas atômicos, os cientistas deram passo importante para superar as limitações de escalabilidade e interações indesejadas que travam o avanço dos microprocessadores quânticos.
A expectativa é que, no futuro, átomos acústicos possam ser combinados para formar circuitos complexos de processamento de sinais diretamente em um único chip, sem necessidade de gigantescos aparatos de resfriamento e blindagem.