A computação quântica, a próxima revolução tecnológica, promete transformar a forma como processamos informações e lidamos com problemas complexos. Nos últimos anos, essa tecnologia avançou rapidamente, saindo do campo teórico para experimentos cada vez mais sofisticados. Empresas e instituições de pesquisa têm investido pesado em protótipos de computadores quânticos, buscando superar os limites da computação clássica.

Recentemente, cientistas demonstraram a chamada supremacia quântica em tarefas específicas, resolvendo em poucos minutos problemas que levariam bilhões de anos para serem solucionados pelos melhores supercomputadores atuais. Apesar de ainda estar em fase experimental, a computação quântica está cada vez mais próxima de aplicações reais. Um dos desafios centrais para esse avanço está na busca por materiais magnéticos mais estáveis e eficientes.

Para entender a potência dos computadores quânticos, podemos compará-los aos convencionais. Nos computadores clássicos, a informação é armazenada em bits, que podem assumir os valores 0 ou 1. Já nos computadores quânticos, a menor unidade de informação é o qubit, que pode estar em qualquer combinação entre 0 e 1 ao mesmo tempo, devido ao princípio da superposição quântica.

O funcionamento dos qubits depende de fenômenos magnéticos. O magnetismo dos materiais surge do comportamento dos elétrons desemparelhados, que possuem uma propriedade quântica chamada spin. O spin funciona como um pequeno ímã microscópico: quando esses pequenos ímãs se alinham em uma direção, o material se torna magnético. Quando estão desorganizados ou se cancelam mutuamente, o material se encontra desmagnetizado.

Diferentes tipos de qubits exploram o magnetismo para armazenar e processar informações de formas distintas. Por exemplo, os Qubits de Spin são baseados no spin dos elétrons em materiais semicondutores, onde o estado “para cima” representa 1 e “para baixo”, 0. Já os Qubits supercondutores são usados nos computadores quânticos mais avançados da IBM e do Google. Esses sistemas criam circuitos onde a corrente elétrica pode fluir em superposição de direções, gerando um campo magnético que pode ser controlado para armazenar e processar informação.

A principal barreira para o avanço dessa tecnologia é que os qubits são extremamente sensíveis à interação com o ambiente externo. Isso pode levar à perda rápida da informação quântica, chamada de “decoerência”. Para contornar esse problema, cientistas estão explorando diferentes materiais e mecanismos físicos para criar qubits mais estáveis, garantindo que os qubits mantenham sua coerência por mais tempo.

No meu laboratório, no Departamento de Química da PUC-Rio, estudamos materiais magnéticos moleculares, que apresentam propriedades fundamentais que os tornam adequados para aplicações em computação quântica. Ao manipular as sínteses e escolher combinações específicas de metais e ligantes, buscamos criar materiais que mantêm a coerência por mais tempo, contribuindo para reduzir erros em cálculos quânticos, melhorar a estabilidade e eficiência, permitindo operações lógicas mais rápidas e precisas. Estamos também estudando íons de elementos da família dos lantanídeos, elementos que possuem propriedades magnéticas e ópticas interessantes para aplicações quânticas.

Os avanços na criação de novos materiais magnéticos são promissores e importantes para tornar a computação quântica mais acessível. A expectativa é que, em breve, possamos operar qubits magnéticos em temperaturas mais altas, acelerando o desenvolvimento de sistemas quânticos aplicáveis em larga escala. Além da computação quântica, esses materiais magnéticos são multifuncionais e extremamente versáteis, tendo grande potencial em outras áreas, como armazenamento de dados, refrigeração magnética e medicina.