Computação Quântica e Sistemas Magnéticos com Memória

De modo razoavelmente simples podemos entender o magnetismo de um material admitindo-se os elétrons deste material como partículas girantes, entorno do próprio eixo. O elétron é uma das partículas fundamentais da natureza que apresentam carga elétrica e, cargas elétricas em movimento produzem campo magnético de modo a orientar os domínios magnéticos do material (veja o post anterior). Por outro lado a agitação térmica, ao mesmo tempo, tende a desordenar estes mesmos domínios, assim no balanço geral a matéria não apresenta propriedades magnéticas.

Quando se submete um material sólido ferromagnético a um campo magnético externo dentro de uma seqüência bem estabelecida, conhecida como histerese magnética, é possível fazer-se que este material torne-se e permaneça imantado, isto é, os domínios magnéticos do material mantém sua orientação mesmo na ausência do campo magnético externo – é o que se conhece por Sistema Magnético Com Memória.

O giro do elétron, em termos técnicos denominado spin (aqui o elétron é considerado partícula), pode ocorrer enquanto o elétron viaja pelo átomo em sua órbita característica. Enquanto se move, o elétron deixa um rastro magneto-quântico e, recentemente, o físico brasileiro José Carlos Egues, da USP, e equipe, mostraram que este rastro pode interferir no spin do elétron e vice-versa.

Somando a esta configuração eletromagnética os efeitos quânticos, é possível que o elétron gire em vários planos e sentidos possíveis; fato notável surge quando estas possibilidades acontecem, ao mesmo tempo, para um mesmo elétron! Isso mesmo que você leu. São as peculiaridades do comportamento quântico da matéria. Ainda mais notável é que estes pesquisadores, associados ao físico Fabrício Souza, da UnB, mostraram ser possível criar um diodo capaz de selecionar os elétrons para um spin particular. Diodo é um dispositivo adicionado a um circuito elétrico quando se deseja que a corrente elétrica passe em apenas um sentido preferencial. Tal diodo é conhecido como diodo de corrente de spin.

Pergunta: para que serve tudo isto? Em futuro imediato, talvez para uso em tecnologia da informação criando modelos de criptografia para segurança e codificação de informação. Mas em um futuro mais distante é possível que esta técnica seja a base para a construção do computador quântico.

Antes, porém, será preciso dominar o efeito da temperatura sobre o sistema; este quesito é o fator mais importante para a manipulação adequada do spin.

Origens e Aplicações do Magnetismo

Daremos início com este post a uma série em que estudaremos as origens e aplicações do magnetismo. Esta série terá como base meu trabalho de conclusão de curso na Universidade de Brasília intitulado Sistemas Magnéticos com Memória: Uma Simulação Monte Carlo. Entretanto, aqui daremos um enfoque menos formal, de modo que nossas discussões sejam apropriadas, também, ao ensino médio.

Em grande medida, o aparato tecnológico do mundo moderno, esteja ele em termos de uso pessoal, científico ou médico, assenta-se na compreensão, manipulação e reprodução de fenômenos magnéticos.

Tais fenômenos são há muito conhecidos pelo homem; diz-se que a primeira observação do comportamento magnético da matéria se deu alguns séculos antes de Cristo, em Magnésia, cidade da antiga Lídia (hoje Turquia), região da Ásia Menor, (Gonçalves, 1993).

A primeira tentativa de explicação para o magnetismo fora dada por Tales de Mileto; para este os fenômenos magnéticos estavam associados a propriedades anímicas, isto é, a natureza é regida por almas ou espíritos e manifestam vontade semelhante à vontade humana (Japiassu, 1993 & Novak, 2008).

Uma primeira tentativa de explicação razoavelmente científica para o magnetismo surgiu em 1600 com o tratado De Magnete, embora este ainda não tenha conseguido abarcar com propriedade a dimensão do fenômeno per se.

Desde então se verificou muitos avanços na compreensão do magnetismo com suas características e propriedades. Entretanto, em sentido mais amplo, esta compreensão somente é alcançada no século XX com o advento da mecânica quântica. Vale ressaltar, porém, que a física quântica formulou seu arcabouço magneto-teórico a partir dos trabalhos de Weiss, Curie e outros, ainda que estes estejam em abordagens clássicas (Novak, 2008).

É interessante notar que a primeira teoria moderna para o magnetismo – proposta por Weiss – já trazia em seu bojo elementos quânticos mesmo a revelia de seu criador; Weiss propôs a explicação do magnetismo na matéria condensada a partir da teoria do campo molecular.

Capitão Kirk, explicaremos aos nossos navegantes a teoria do campo molecular em nosso próximo post, até lá, vinda longa e próspera!!!

 

MATÉRIA CONDENSADA

Para aqules que se dedicam ao estudo da Matéria Condensada, mas que ainda enfrentam dificuldades com relação à bibliografia, o link a seguir é o nosso porto seguro:

http://arxiv.org/archive/cond-mat