Cientistas surpreendem ao construir junção de Josephson sem dois supercondutores

Uma descoberta liderada pela Universidade de Buffalo promete simplificar radicalmente a construção de computadores quânticos. Cientistas conseguiram criar uma junção Josephson — o componente fundamental dessas máquinas — utilizando apenas um material supercondutor, em vez dos dois habitualmente necessários para o funcionamento do sistema.

O avanço, publicado na revista Nature Communications, contou com a colaboração de especialistas da Espanha, França e China. A equipe demonstrou que é possível integrar o ferro, um material magnético comum, em sistemas quânticos, abrindo caminho para dispositivos mais flexíveis e fáceis de fabricar no futuro próximo.

Tradicionalmente, essas junções operam com duas camadas supercondutoras separadas por uma barreira fina. No novo experimento, os pesquisadores usaram um eletrodo de vanádio de um lado e um de ferro do outro, com óxido de magnésio no centro. Surpreendentemente, a natureza supercondutora se estendeu através da barreira.

A ciência por trás do magnetismo inesperado

O uso do ferro é considerado um marco, pois o ferromagnetismo é geralmente visto como o oposto da supercondutividade. Enquanto supercondutores exigem que os elétrons tenham spins opostos, no ferro eles seguem a mesma direção. Mesmo assim, o material conseguiu formar pares de elétrons e marchar no ritmo do sistema quântico.

O professor Igor Žutić comparou o fenômeno a dois batalhões: “É como se a marcha de um batalhão fizesse com que cidadãos do outro lado do rio formassem uma milícia e começassem a marchar ao ritmo de um tambor diferente”, explicou. Essa sincronia inesperada é o que permite o funcionamento do novo dispositivo simplificado.

Para confirmar o sucesso, a equipe analisou o “ruído” do fluxo de elétrons. Segundo o professor Jong Han, essas flutuações inevitáveis revelam como a carga se move. No ferro, o comportamento medido foi quase idêntico ao de uma junção Josephson convencional, validando a eficácia da nova arquitetura proposta pelos pesquisadores.

Aplicações em discos rígidos e memórias

A grande vantagem dessa técnica é o uso de materiais já presentes em tecnologias atuais. O ferro e o óxido de magnésio são componentes básicos de discos rígidos e memórias RAM. “Adicionamos um toque supercondutor a dispositivos comercialmente viáveis”, afirmou Žutić, destacando o imenso potencial prático da inovação.

Além da simplicidade, o novo design pode resolver a instabilidade crônica dos computadores quânticos. Pequenas interferências ambientais costumam desalinhar o spin dos elétrons, causando erros de processamento. O pareamento de elétrons com o mesmo spin, observado no ferro, pode oferecer uma forma de “travar” essa informação no lugar.