Qual é o estado topológico, o quarto estado da matéria, que a Microsoft teria alcançado?

A Microsoft anunciou um grande avanço no desenvolvimento da computação quântica com a introdução de seu chip Majorana 1 , baseado em supercondutividade topológica .

Este dispositivo usa partículas chamadas férmions de Majorana para melhorar a estabilidade de qubits quânticos, reduzindo significativamente erros e interferências externas. A chave para esse progresso está no aproveitamento de um estado exótico da matéria conhecido como estado topológico.

O estado topológico da matéria atraiu o interesse de cientistas e tecnólogos por suas propriedades únicas, que podem revolucionar não apenas a computação quântica, mas também a eletrônica e a física dos materiais. Mas o que exatamente é esse estado e por que ele é tão importante?

O conceito de estado topológico da matéria surge da topologia, um ramo da matemática que estuda as propriedades de objetos que permanecem inalterados sob deformações contínuas, como alongamento ou torção, desde que não se quebrem ou se fundam. Na física dos materiais, a topologia descreve como certas propriedades eletrônicas podem ser robustas a perturbações ou impurezas.

Um material em estado topológico tem uma característica fundamental: enquanto seu interior se comporta como um isolante, suas bordas ou superfícies podem conduzir eletricidade sem resistência. Essa peculiaridade se deve à estrutura eletrônica do material, que protege os estados de borda contra perturbações externas, garantindo uma condução estável e altamente eficiente.

O estudo dos estados topológicos da matéria recebeu um grande impulso em 2016, quando os físicos David Thouless, Duncan Haldane e Michael Kosterlitz receberam o Prêmio Nobel de Física por suas pesquisas sobre transições de fase topológicas. Suas descobertas ajudaram a entender como certas fases da matéria podem aparecer sob condições extremas, como temperaturas próximas do zero absoluto.

Um dos fenômenos mais notáveis ​​nesse campo é o efeito Hall quântico, no qual uma folha metálica exposta a um campo magnético em temperaturas extremamente baixas exibe condutância elétrica quantizada em suas bordas, enquanto seu interior permanece isolante. Esse fenômeno tem sido fundamental para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos avançados.

A computação quântica tem o potencial de resolver problemas que seriam intratáveis ​​por computadores convencionais. Entretanto, um dos seus principais desafios é a estabilidade dos qubits, já que eles são extremamente sensíveis a perturbações externas que podem causar erros nos cálculos.

É aqui que os estados topológicos desempenham um papel crucial. A supercondutividade topológica, como a usada no chip Majorana 1 da Microsoft, combina a capacidade de certos materiais de conduzir eletricidade sem resistência com a robustez dos estados topológicos. Como resultado, os qubits gerados nesse estado são inerentemente mais estáveis ​​e menos propensos à perda de coerência quântica.

A Microsoft fabricou com sucesso nanofios supercondutores topológicos que operam em temperaturas próximas do zero absoluto, o que representa um passo importante para a criação de computadores quânticos práticos e escaláveis.

A descoberta e a aplicação do estado topológico da matéria abrem novas oportunidades em diversas áreas, da eletrônica à computação quântica. Com empresas como a Microsoft apostando nessa tecnologia, o futuro da computação quântica parece mais brilhante do que nunca. À medida que a pesquisa avança, é provável que vejamos novas aplicações surpreendentes desse estado da matéria nos próximos anos.