Confira 5 usos da tecnologia quântica em nosso dia a dia

Domminic Walliman é dono de um dos canais de ciência mais populares do Youtube, o Domain of Science. Há algum tempo ele publicou um vídeo desmistificando a tecnologia quântica e o quão útil esse tipo de aplicação científica pode ser em nosso dia-a-dia. Para aqueles que não são fluentes em inglês ou não tem tempo para assistir ao vídeo, nós trazemos um resumo especial do conteúdo.

Nossa amiga, a física quântica

Antes de pensar em como  a tecnologia quântica está presente no nosso cotidiano, é preciso entender um pouco como funciona esse universo misterioso da ciência chamado física quântica. Esse campo da física estuda todos os fenômenos que ocorrem no mundo subatômico com partículas como elétrons, protons, fotons, etc. Ela lida com assuntos que podem parecer muito abstratos e até malucos como entrelaçamento, superposição, entre outros.

A física quântica começa a confundir a cabeça de qualquer um quando se percebe que a maior parte dos conceitos válidos no universo para eu, você, a Terra e até mesmo o Sol, simplesmente deixam de valer no mundo subatômico. Mas não se preocupe, a física quântica não está aqui para dar um nó no seu cérebro, mas sim para mostrar como compreender a forma que as partículas subatômicas interagem pode mudar a nossa vida.

Computadores

Todos os dispositivos digitais da atualidade utilizam a física quântica para poder funcionar. Se não fosse por ela, provavelmente você ainda estaria lendo esse texto em um jornal ao invés de seu notebook, tablet ou smartphone. O componente básico que compõe um computador é sua CPU, o cérebro da máquina. Ele é composto de milhares de transistores, peças que funcionam como interruptores de “ligado” e “desligado”.

Essa ideia é fundamental para o funcionamento da computação da máquina, pois o “ligado” é interpretado pelo computador como 1 e o “desligado” como 0. A representação binária depois é convertida por uma série de programas até chegar a algo que um ser humano possa compreender. Ok, mas e onde a física quântica entra nisso?

Cada transistor é composto de Sílica, um metal semi-condutor que permite que os elétrons dos átomos assumam estados de energia distintos. Mas somente a Sílica não basta, então outros elementos como Fósforo ou Boro são misturados e criam um componente lógico que permite a programação dos estados dos elétrons. Assim, quando a corrente elétrica passa pelo transistor, é possível perceber o estado de energia do elétron para indicar se o interruptor está “ligado” ou “desligado”.

LED

Aproveitando o conceito dos semi-condutores, vamos explorar outra aplicação da física quântica: a tecnologia LED (Light Emitting Diodes – Diodos emisores de luz). Essa tecnologia está presente hoje na maior parte das telas de smartphones, TVs, computadores e nas lâmpadas também. Aqui a ideia quântica do funcionamento dessa tecnologia também é muito simples de se compreender.

Basicamente, o diodo LED é composto por dois tipos de materiais semi-condutores, separados por um região chamada de “ativa”. Quando uma corrente elétrica passa pelo diodo, o elétron entra por um dos semi-condutores em um estado de energia e sai pelo outro em um estado diferente. Nessa passagem, ele perde energia em forma de luz, através de partículas menores ainda chamada de fótons.

A tecnologia LED avançou muito para tornar a luz emitida pelos elétrons mais forte e mais branca, além de ser capaz de gerar uma quantidade de luz muito maior com um gasto de energia elétrica bem menor quando comparada com tecnologias anteriores como as presentes em lâmpadas fluorescentes.

Câmeras digitais

Os diodos que utilizam tecnologia quântica também estão presentes nas câmeras digitais. Nesse caso, eles são chamados de fotodiodos e estão presentes em cada pixel dos sensores da lente da câmera. Por esse motivo, quanto mais megapixels o dispositivo possuir, melhor será feita a captura da imagem, produzindo resultados com resoluções cada vez mais superiores.

Da mesma forma que a tecnologia dos semi-condutores, os fotodiodos recebem luz e geram uma corrente elétrica que muda o estado de energia dos elétrons ao passar de uma ponta a outra do diodo. Na “ponta” final do diodo se encontra o “negativo” do sensor, que captura o pixel que, junto dos outros pixels capturados pelos inúmeros sensores, gera a imagem final.

Lasers

Esqueça o que você já viu com lasers na ficção científica, pois o princípio por detrás dessa aplicação tecnológica está em aplicar uma voltagem em uma mistura de elementos especiais, excitando os elétrons e produzindo luz. Isso, amplificado com o uso de espelhos, cria um feixe de luz de alta intensidade (e, apesar disso, ainda não temos um sabre-de-luz de verdade…).

A física quântica aqui se encontra no processo que os lasers usam para criar o feixe de luz intensa: emissão estimulada. Um elétron de um átomo é estimulado para um nível de energia maior, enquanto o elétron de outro átomo sofre o processo inverso. No meio disso, energia é liberada em forma de luz monocromática do laser.

GPS

Atualmente quase todos os dispositivos móveis possuem tecnologia GPS (Global Positioning System – Sistema de Posicionamento Global), que lhes permite identificar a localização do aparelho no mundo com um alto grau de precisão. O sistema funciona por meio de uma série de satélites ao redor do globo que enviam sinais aos aparelhos.

O principal requisito para que o sistema funcione é que os relógios internos dos satélites precisam estar sincronizados entre si, já que eles enviam o sinal ao aparelho de tempos em tempos para gerar sua localização exata no globo.

Para gerar esse sincronismo, os sistemas digitais dos satélites utilizam um relógio quântico, que utiliza como contador um átomo de Césio, que gera o horário conforme a frequência de transição de estado de energia de um elétron para um nível alto (spin up) ou para um nível baixo (spin down).

Então, da próxima vez que você ouvir falar de física quântica, não fique assustado. Ela está mais próxima do nosso cotidiano do que podemos imaginar, apesar de continuar parecendo confusa e complexa de ser compreendida.