Pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (IFSC-USP) alcançaram, pela primeira vez no Brasil, a captura de íons de estrôncio em uma armadilha eletromagnética, utilizando exclusivamente campos elétricos para manter partículas carregadas em uma região extremamente restrita do espaço. Este experimento representa um marco importante para o desenvolvimento de plataformas de computação quântica no país, ao estabelecer uma infraestrutura básica para manipulação de qubits, essenciais ao processamento de informações em sistemas quânticos.
A iniciativa foi liderada pelo jovem pesquisador Amilson Rogelso Fritsch, apoiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) por meio do Programa QuTIa, que visa fomentar o desenvolvimento de tecnologias quânticas. Os resultados obtidos ocorreram em um período de apenas 18 meses após o início do projeto, demonstrando a rápida evolução do trabalho experimental realizado no laboratório do IFSC-USP. Segundo Fritsch, a armadilha funciona por meio de um campo elétrico oscilante, que gera forças capazes de impedir que os íons escapem em qualquer direção, mantendo-os confinados na região central da armadilha.
A técnica empregada é conhecida como “Armadilha de Paul”, nome em homenagem ao físico alemão Wolfgang Paul, laureado com o Prêmio Nobel de Física em 1989 por desenvolver métodos de aprisionamento de partículas carregadas usando campos elétricos oscilantes. Essa abordagem contrasta com a “Armadilha de Penning”, que utiliza campos magnéticos e elétricos estáticos, técnica também utilizada por outros grupos de pesquisa no Brasil, como o da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).
O procedimento inicia com átomos neutros de estrôncio, que passam por um processo de ionização por meio de feixes de laser, produzindo íons positivos. Esses íons são então introduzidos em uma câmara de ultra-alto vácuo — condição essencial para evitar colisões com moléculas de ar que possam perturbar o experimento ou expulsar os íons da armadilha. Os eletrodos que formam a armadilha, instalados dentro dessa câmara, operam à temperatura ambiente, facilitando a construção e operação do sistema totalmente nacional.
A captura bem-sucedida dos íons de estrôncio é considerada um avanço fundamental para o desenvolvimento de qubits, unidades básicas de informação na computação quântica. A partir do confinamento, os pesquisadores planejam avançar para a manipulação dos íons como bits quânticos, ou qubits, realizando operações de processamento e controle em breve. Segundo o físico Vanderlei Bagnato, coordenador do Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica (CEPOF) e professor do IFSC-USP, esse passo coloca a pesquisa brasileira no mapa das tecnologias quânticas, que dependem de hardware especializado para avançar.
A computação quântica, que pode utilizar diferentes plataformas físicas, destaca-se por sua capacidade de realizar tarefas específicas com maior eficiência do que os computadores clássicos. Entre as principais plataformas estão os circuitos supercondutores e os íons aprisionados, sendo que neste último o próprio átomo ionizado funciona como suporte de informação. Estados internos bem definidos do íon representam os valores binários 0 e 1, além de possibilitar superposições desses estados, graças às propriedades da mecânica quântica. A técnica de emaranhamento, que cria correlações entre múltiplos qubits, permite operações complexas que potencializam o processamento de informações, especialmente em tarefas como simulação de átomos e moléculas, essenciais para o desenvolvimento de novos materiais e fármacos.
Para que esses avanços sejam possíveis, é necessário manter os íons em condições de extremo isolamento e frio, próximos ao estado quântico fundamental. No sistema desenvolvido no IFSC-USP, lasers são utilizados para resfriar os íons de estrôncio a temperaturas inferiores a um milikelvin, o que é crucial para garantir o controle preciso das partículas durante as operações quânticas. O estrôncio é particularmente adequado para esse tipo de aplicação, pois possui transições eletrônicas que facilitam tanto o resfriamento quanto a leitura do estado quântico dos íons, além de permitir o armazenamento de informações por períodos prolongados.
A infraestrutura do CEPOF, que já possui experiência consolidada em resfriamento e aprisionamento de átomos neutros, foi fundamental para acelerar o desenvolvimento do projeto. A equipe de São Carlos dispõe de equipamentos avançados em óptica, lasers e sistemas de vácuo, essenciais para trabalhar com íons e manipular seus estados quânticos de forma controlada. O projeto, iniciado em dezembro de 2024, envolveu a instalação de equipamentos e a construção da armadilha, culminando na produção e observação de íons de estrôncio aprisionados — etapa que marca um avanço técnico importante, embora ainda não tenha sido publicada uma pesquisa científica formal sobre o experimento.
O Programa QuTIa, da FAPESP, tem como objetivo fortalecer a capacitação em tecnologias quânticas no Brasil, e o apoio ao projeto de Fritsch foi fundamental para que o país avançasse na área. Segundo o pesquisador, os resultados obtidos indicam uma trajetória promissora para a consolidação dessa linha de pesquisa no IFSC-USP, que deve contribuir para o desenvolvimento de hardware quântico nacional e ampliar a capacidade do Brasil no cenário das tecnologias emergentes.
