A fabulosa feira de produtos quânticos

“Senhoras e senhores! Sejam muito bem vindos a fabulosa feira de produtos quânticos! Aqui explicamos e vendemos a preços justos as mais elaboradas invenções da Física Moderna!” Disse um homem de meia idade com uma cartola na cabeça e uma bengala que usava para apontar para alguns objetos.

O vendedor quântico continuou seu discurso:

“Se aproximem, vejam de perto esta maravilha da tecnologia! Em minhas mãos tenho um poderoso canhão quântico de fótons!”, Enquanto dizia isto tirou um objeto parecido com uma caneta de seu bolso.

“Olhem, apertando este botão posso colocar uma marca até mesmo naquela parede, metros de distância de nós!”, Então apertou um botão e apontou o canhão quântico em direção a parede, de repente uma pequena bolinha vermelha apareceu.

“Mas, isso na sua mão não é um pointer?” Indagou uma jovem presente na platéia.

“Sim! E por apenas R$7,99 ele pode ser seu!”

“Eu posso comprar um desses no mercado! E por que raios ele seria quântico?”

E tem algo mais quântico?! Mas entendo sua confusão, permita-me explicar!” E então continuou: “Não é comum pensarmos sobre o que é a luz, certo? Por muito tempo, os físicos disseram ‘é uma onda!’ e deram o assunto por encerrado.”

Impaciente, a jovem disse:

“Tá enrolando, o que alho tem a ver com bugalho?”

“Calma! Você já vai entender! Acontece que ao analisar mais a fundo, descobrimos essa onda é formada por pequenos constituintes, ‘pacotes de onda’ se você quiser. Ou seja, luz é partícula também! Batizamos esse constituinte de fóton.”

Adaptado de https://losmundosdebrana.com/2015/04/27/corpusculeros-vs-ondulatorios-la-historia-del-estudio-de-la-naturaleza-de-la-luz-en-pa-ciencia-la-nostra/

Não se viu da onde o vendedor tirou uma pequena lousa para onde apontava empolgado:

“O fóton não possui massa, mas tem energia! De forma que a energia da onda é dividida entre esses fótons em uma quantidade mínima de energia, um quanta! É isto! O processo de quantização consiste em tornar uma grandeza física contável, dada a energia da onda sabemos quantos quantas de energia existem!”

Um homem acompanhado de seu filho pequeno que estava na platéia ajeita seu óculos com uma expressão de confusão e fala:

“Então basta que algo seja contável para que seja quântico?”

“Boa pergunta meu rapaz! Certamente que não! Quando fazemos a quantização de uma grandeza física, prevemos coisas que não eram antes previstas! Os famosos fenômenos quânticos! Algo é quântico se precisa ser descrito através de um fenômeno quântico.”

Voltou a mostrar seu pointer e prosseguiu: “Perceba que este laser é vermelho! Isto é, só tem uma cor, é monocromático. Como explicar isto? A idéia é que os elétrons dos átomos que formam o laser estão quantizados em orbitais, ou seja, tem órbitas de tamanhos e energias específicas.”

Então voltou-se a sua pequena lousa e começou a desenhar um diagrama:

“Para passar de uma órbita para a outra, este elétron precisa absorver ou emitir um fóton com energia igual a diferença das energias da órbita inicial e final, realizando um salto quântico. No laser, vários átomos tem seus elétrons excitados ao mesmo nível de energia e depois todos caem para um nível menor, fazendo com que uma grande quantidade de fótons de mesma energia e consequentemente mesma cor sejam emitidos! Uma verdadeira maravilha da tecnologia quântica!”

Orbitais de um átomo. Fonte: Wikimedia Commons (JabberWok)

O homem na platéia não parecia muito impressionado, mas achou o preço razoável e comprou um para seu filho, que começou a brincar alegremente, apontando com o laser para tudo que via pela frente.

“Mais um cliente satisfeito! Venham, venham conheçam as maravilhas do mundo quântico! Trago comigo também cristais quânticos de cloreto de sódio!”

A garota que havia reclamado anteriormente abriu um sorriso:

“Agora você está falando a minha língua! Achei que fosse apenas vender bugigangas… Para que servem estes cristais?”

O vendedor tirou um pacote de uma caixa que estava no chão:

“Dizem que são ótimos para fazer churrasco!”

“Sal grosso? Você só pode estar de brincadeira!” Disse a menina.

Não podia estar falando mais sério! Átomos em geral tendem a ser eletricamente neutros, isto é, o número de prótons e elétrons é igual. Porém, devido a quantização das órbitas eletrônicas, temos que os átomos são mais estáveis quando não possuem orbitais parcialmente preenchidos.”

Estrutura de um cristal de cloreto de sódio.

Deixando o pacote de sal de lado, o vendedor pegou duas bolinhas de cores diferentes e as balançava enquanto falava: “No caso dos nossos amigos aqui, Cloro e Sódio, um tem uma camada com um só elétron e o outro precisa de um elétron para completar sua camada! Espertos como são, o sódio dá um elétron para o cloro! Mas isto faz com que o sódio fique positivo e o cloro negativo, o que faz com que eles se atraiam!” Então fez as duas bolinhas se tocarem, as pessoas mais próximas podiam jurar que ouviram o vendedor sussurrar “now kiss”.

“Isto é conhecido como ligação iônica, e faz com que os átomos de um sal se organizem de forma periódica. Isto é, um cristal!” Pegou mais algumas bolinhas e foi colocando-as sobre a tampa de sua caixa, sempre alternando as cores.

“Aliás, olha que incrível! Todos os sais são quânticos!

“O que? E toda aquela história de vibração dos cristais?”

“Hmmm… Normalmente os cristais vibram, alias, tudo vibra! É o que chamamos de temperatura. Difícil mesmo é fazer as coisas ficarem paradas! Só da pra fazer isso em uma temperatura extremamente baixa, o zero absoluto.”

A menina começou a se irritar:

“Você quer dizer que a mecânica quântica só serve pra entender melhor as coisas que já conhecemos?”

“Sim e não! Chegamos a um nível de entendimento que torna possível criar novas tecnologias com ela! Talvez você se interesse em nosso protótipo, ainda não está pronto, mas tem potenciais fantásticos! O computador quântico!”

“Vai ser só um computador comum descrito de forma diferente??”

“Claro que não! É algo que estamos desenvolvendo do zero, quando pronto pode mudar a história da humanidade! Gostariam de ver?”

IBM Q Foto por: Lars Plougmann

O vendedor quântico levou então sua multidão para um galpão no final da feira, lá havia um imenso maquinário que parecia um lustre feito de cobre. Ele era refrigerado por hélio líquido e a fumaça que escapava dava um ar futurístico.

“Uaaaau!” Exclamou alguém ao fundo da multidão “E esse computador quântico, do que ele é capaz?”

Sorrindo o vendedor respondeu: “Acabamos de ensinar ele a multiplicar números! Estamos rodando um algoritmo para calcular 3 vezes 5. Ele acerta metade das vezes!

A platéia ficou decepcionada e começou a se dispersar, deixando um confuso, porém honesto, vendedor quântico para trás.

Eduardo A. Sato é Bacharel (2014) e Mestre (2016) em Física pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) e atualmente faz doutorado estudando o papel das antipartículas na evolução do universo. Entusiasta de divulgação, é extremamente grato por poder colaborar com o projeto blogs de ciência da Unicamp.

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