{"id":315156,"date":"2026-03-23T03:56:07","date_gmt":"2026-03-23T03:56:07","guid":{"rendered":"https:\/\/www.europesays.com\/pt\/315156\/"},"modified":"2026-03-23T03:56:07","modified_gmt":"2026-03-23T03:56:07","slug":"majoranas-dos-pobres-podem-ser-utilizados-como-sondas-quanticas-de-spins","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.europesays.com\/pt\/315156\/","title":{"rendered":"\u2018Majoranas dos Pobres\u2019 podem ser utilizados como sondas qu\u00e2nticas de spins"},"content":{"rendered":"

Jos\u00e9 Tadeu Arantes | Ag\u00eancia FAPESP<\/strong> \u2013 \u201cF\u00e9rmion de Majorana\u201d \u00e9 o nome dado a uma part\u00edcula que seria id\u00eantica \u00e0 sua antipart\u00edcula. Tal objeto ainda n\u00e3o foi encontrado experimentalmente. Mas, em certos materiais s\u00f3lidos, excita\u00e7\u00f5es coletivas do sistema, chamadas de \u201cquase-part\u00edculas\u201d, poderiam produzir um comportamento an\u00e1logo, como se f\u00e9rmions de Majorana estivessem realmente presentes.<\/p>\n

Al\u00e9m do interesse que despertam no \u00e2mbito da ci\u00eancia b\u00e1sica, como importantes ingredientes para a compreens\u00e3o do mundo material, os f\u00e9rmions de Majorana v\u00eam sendo estudados, principalmente, devido ao seu potencial de aplica\u00e7\u00e3o tecnol\u00f3gica em \u00e1reas como computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica tolerante a perturba\u00e7\u00f5es e outras.<\/p>\n

O principal modelo te\u00f3rico utilizado nesse estudo \u00e9 o chamado \u201cfio de Kitaev\u201d. Trata-se de uma cadeia unidimensional supercondutora, formada por el\u00e9trons ou excita\u00e7\u00f5es coletivas, que, sob certas condi\u00e7\u00f5es, gerariam um f\u00e9rmion de Majorana isolado em cada extremidade, sem alterar a energia total do sistema. Fios curtos de Kitaev j\u00e1 existem no mundo real, a partir de nanofios semicondutores com pontos qu\u00e2nticos acoplados a supercondutores<\/strong><\/a>. Por outro lado, uma cadeia de Kitaev longa fornece o alicerce conceitual para a produ\u00e7\u00e3o de qubits topol\u00f3gicos protegidos contra perturba\u00e7\u00f5es locais (leia mais em: agencia.fapesp.br\/57038<\/strong><\/a>).<\/p>\n

Um novo estudo, publicado<\/strong><\/a> no Journal of Physics: Condensed Matter, na modalidade \u201cTopical Review\u201d \u2013 formato que sintetiza os avan\u00e7os recentes de um campo com elementos de revis\u00e3o e pesquisa original \u2013, vai por caminho diametralmente oposto: em vez de buscar a blindagem topol\u00f3gica proporcionada pelas cadeias longas, os autores resolveram explorar o potencial das cadeias curtas.<\/p>\n

O estudo foi conduzido por pesquisadores do Departamento de F\u00edsica e Qu\u00edmica da Escola de Engenharia da Universidade Estadual Paulista (Unesp), campus de Ilha Solteira, sob a coordena\u00e7\u00e3o do professor Antonio Carlos Ferreira Seridonio<\/strong><\/a>.<\/p>\n

\u201cAo contr\u00e1rio de cadeias longas, assumimos cadeias m\u00ednimas, de apenas dois pontos qu\u00e2nticos acoplados por um segmento supercondutor. Nessa cadeia m\u00ednima, diferentemente do fio de Kitaev longo, os dois modos de Majorana somente se localizam nas extremidades em uma configura\u00e7\u00e3o muito particular do sistema. Em outras configura\u00e7\u00f5es, podem se sobrepor ou ficar distribu\u00eddos entre os dois pontos qu\u00e2nticos. E at\u00e9 mesmo desaparecer com pequenas varia\u00e7\u00f5es de potencial eletrost\u00e1tico nos dois pontos qu\u00e2nticos. Uma vez que s\u00e3o altamente sens\u00edveis a perturba\u00e7\u00f5es locais, fica eliminada assim a prote\u00e7\u00e3o topol\u00f3gica\u201d, diz Seridonio.<\/p>\n

Para o pesquisador, tal vulnerabilidade \u00e9 justamente o ponto forte desse arranjo \u2013 n\u00e3o para o desenvolvimento de computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica robusta, defendida de perturba\u00e7\u00f5es locais, mas para a produ\u00e7\u00e3o de uma esp\u00e9cie de sensor. \u201cA sensibilidade do dispositivo a perturba\u00e7\u00f5es locais revela-se uma ferramenta \u00fatil para a detec\u00e7\u00e3o. E a assinatura espectral resultante pode ser registrada diretamente em medi\u00e7\u00f5es de condut\u00e2ncia el\u00e9trica [grandeza que descreve a facilidade com que uma corrente passa por um dispositivo]\u201d, explica.<\/p>\n

Apelido politicamente incorreto<\/strong><\/p>\n

Tal configura\u00e7\u00e3o, com cadeias de Kitaev m\u00ednimas e estados de Majorana n\u00e3o protegidos topologicamente, recebe na literatura uma denomina\u00e7\u00e3o politicamente incorreta: \u201cMajorana dos Pobres\u201d. Apesar de condenada por alguns pesquisadores, a express\u00e3o acabou sendo aceita pela maioria e \u00e9 resumida na sigla PMM, da designa\u00e7\u00e3o, em ingl\u00eas, Poor Man\u2019s Majorana.<\/p>\n

O fen\u00f4meno central estudado pelo grupo \u00e9 o chamado spillover \u2013 o transbordamento da fun\u00e7\u00e3o de onda do modo de Majorana de um ponto qu\u00e2ntico para outro. Esse efeito ocorre quando o sistema \u00e9 perturbado localmente. Tradicionalmente, tal transbordamento era analisado como um efeito indesejado causado por varia\u00e7\u00f5es eletrost\u00e1ticas. O novo trabalho mostra que ele pode ser induzido, de modo controlado, por acoplamento magn\u00e9tico com um spin qu\u00e2ntico vizinho. \u201cA perturba\u00e7\u00e3o de um PMM por um potencial magn\u00e9tico proveniente de um spin S pr\u00f3ximo ao ponto qu\u00e2ntico induz o transbordamento de sua fun\u00e7\u00e3o de onda para o ponto vizinho. Essa intera\u00e7\u00e3o \u00e9 descrita teoricamente como um acoplamento de troca J entre o spin externo e o spin eletr\u00f4nico do ponto qu\u00e2ntico\u201d, diz Seridonio.<\/p>\n

O resultado mais importante do estudo \u00e9 que a estrutura espectral produzida por esse transbordamento depende diretamente da natureza qu\u00e2ntica do spin perturbador.<\/p>\n

Em um supercondutor ideal, existe um intervalo de energia proibido \u2013 o gap \u2013 no qual nenhum estado eletr\u00f4nico deveria existir. Por\u00e9m, quando h\u00e1 impurezas, acoplamentos magn\u00e9ticos ou confinamento qu\u00e2ntico, surgem n\u00edveis permitidos dentro desse intervalo. Esses estados internos ao gap s\u00e3o chamados de \u201cn\u00edveis subgap\u201d. No caso, o sistema de base (isto \u00e9, a cadeia m\u00ednima com os PMMs) tem dois modos de PMM com energia zero, cada qual localizado em um ponto qu\u00e2ntico extremo dessa cadeia. Quando o spin externo interage com o spin do ponto qu\u00e2ntico do PMM (por meio do acoplamento de troca J), al\u00e9m do modo zero do PMM, v\u00e1rios n\u00edveis discretos emergem dentro do gap. O n\u00famero desses n\u00edveis depende do valor do spin S e de sua estat\u00edstica. Assim, o padr\u00e3o e a quantidade desses n\u00edveis funcionam como uma assinatura espectral capaz de revelar a natureza qu\u00e2ntica do objeto magn\u00e9tico acoplado.<\/p>\n

Resumindo: o n\u00famero de n\u00edveis subgap informa qual \u00e9 a estat\u00edstica\u00a0da part\u00edcula de spin S: se fermi\u00f4nica ou bos\u00f4nica.<\/p>\n

\u201cPara spins semi-inteiros [f\u00e9rmions], aparecem 2S+1 estados; para spins inteiros [b\u00f3sons], aparecem 2S+2 estados. Isso significa que a cadeia m\u00ednima de pontos qu\u00e2nticos pode funcionar como uma sonda espectrosc\u00f3pica capaz de identificar se um objeto magn\u00e9tico vizinho obedece estat\u00edstica fermi\u00f4nica ou bos\u00f4nica\u201d, detalha Seridonio.<\/p>\n

Part\u00edculas qu\u00e2nticas<\/strong><\/p>\n

Vale lembrar que f\u00e9rmions e b\u00f3sons s\u00e3o as duas grandes classes de part\u00edculas qu\u00e2nticas, distinguidas pelo valor do spin e pelas regras estat\u00edsticas que obedecem: f\u00e9rmions (como el\u00e9trons, quarks e neutrinos) t\u00eam spin semi-inteiro (S=1\/2) e obedecem \u00e0 estat\u00edstica de Fermi-Dirac e ao princ\u00edpio de exclus\u00e3o de Pauli, que impede duas part\u00edculas id\u00eanticas de ocuparem simultaneamente o mesmo estado qu\u00e2ntico; j\u00e1 os b\u00f3sons (como f\u00f3tons e gl\u00faons) t\u00eam spin inteiro (S=1) e obedecem \u00e0 estat\u00edstica de Bose-Einstein, podendo compartilhar o mesmo estado, o que permite fen\u00f4menos coletivos como a supercondutividade e a condensa\u00e7\u00e3o de Bose-Einstein. Essa diferen\u00e7a estat\u00edstica fundamental determina como part\u00edculas se organizam, interagem e formam estados da mat\u00e9ria.<\/p>\n

Os autores do estudo enfatizam que o dispositivo te\u00f3rico corresponde de perto a arquiteturas j\u00e1 realizadas em laborat\u00f3rio. Experimentos recentes demonstraram cadeias m\u00ednimas de Kitaev usando nanofios semicondutores de antimoneto de \u00edndio (InSb) com pontos qu\u00e2nticos definidos por portas eletrost\u00e1ticas. Essas plataformas permitem controle cont\u00ednuo dos par\u00e2metros e j\u00e1 exibiram picos de condut\u00e2ncia em energia zero compat\u00edveis com a forma\u00e7\u00e3o de estados de \u201cMajoranas dos Pobres\u201d.<\/p>\n

Outra conclus\u00e3o importante surge quando o modelo inclui explicitamente o acoplamento dos pontos qu\u00e2nticos a m\u00faltiplos reservat\u00f3rios met\u00e1licos \u2013 situa\u00e7\u00e3o t\u00edpica em experimentos de transporte. Em vez de apenas degradar os estados de Majorana, o ambiente pode estabiliz\u00e1-los parcialmente. O artigo chama esse fen\u00f4meno de \u201cprote\u00e7\u00e3o induzida pelo ambiente\u201d (environmentally induced protection).<\/p>\n

Seridonio explica por meio de uma analogia: \u201cSe o ponto qu\u00e2ntico afetado magneticamente tiver acoplamento mais forte ao seu terminal, a fun\u00e7\u00e3o de onda do PMM \u00e9 contida, impedindo seu transbordamento. \u00c9 como um cabo de guerra: o terminal puxa o estado e o mant\u00e9m confinado\u201d. Essa estabiliza\u00e7\u00e3o n\u00e3o \u00e9 topol\u00f3gica nem absoluta \u2013 funciona apenas dentro de certa faixa de par\u00e2metros \u2013, mas sugere uma nova estrat\u00e9gia experimental: controlar dissipa\u00e7\u00e3o para manipular estados qu\u00e2nticos.<\/p>\n

Majoranas verdadeiramente topol\u00f3gicos continuam sendo candidatos promissores para qubits robustos, pois a informa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica pode ser codificada em sua paridade fermi\u00f4nica global. PMMs n\u00e3o possuem essa prote\u00e7\u00e3o completa, mas apresentam vantagens pr\u00e1ticas: permitem manipula\u00e7\u00e3o direta, inicializa\u00e7\u00e3o e leitura de estados qu\u00e2nticos e at\u00e9 opera\u00e7\u00f5es de tran\u00e7amento e fus\u00e3o, ainda que com fidelidade limitada.<\/p>\n

Tran\u00e7amento e fus\u00e3o<\/strong><\/p>\n

Opera\u00e7\u00f5es de tran\u00e7amento e fus\u00e3o s\u00e3o procedimentos conceituais usados em sistemas com quase-part\u00edculas ex\u00f3ticas, como modos de Majorana, para manipular e ler informa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica codificada topologicamente.<\/p>\n

Tran\u00e7amento (braiding) consiste em mover duas quase-part\u00edculas uma ao redor da outra, trocando suas posi\u00e7\u00f5es no espa\u00e7o. Em sistemas topol\u00f3gicos, essa troca n\u00e3o \u00e9 apenas geom\u00e9trica: ela altera o estado qu\u00e2ntico global do sistema de forma controlada e robusta. Em propostas de computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica topol\u00f3gica, essas trocas funcionam como portas l\u00f3gicas qu\u00e2nticas.<\/p>\n

Fus\u00e3o (fusion) \u00e9 o processo de aproximar duas dessas excita\u00e7\u00f5es at\u00e9 que se combinem e desapare\u00e7am como entidades separadas. O resultado da fus\u00e3o \u2013 por exemplo, presen\u00e7a ou aus\u00eancia de uma excita\u00e7\u00e3o residual \u2013 revela a informa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica que estava armazenada na paridade do sistema.<\/p>\n

De forma ultrarresumida: tran\u00e7ar serve para processar informa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica; fundir serve para ler essa informa\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

Assim, o estudo sugere que sistemas n\u00e3o ideais podem ser \u00fateis antes mesmo da obten\u00e7\u00e3o de plataformas topol\u00f3gicas perfeitas. E prop\u00f5e uma mudan\u00e7a conceitual importante: em vez de considerar a aus\u00eancia de prote\u00e7\u00e3o topol\u00f3gica como um defeito, explor\u00e1-la como ferramenta experimental. Se confirmadas experimentalmente, essas ideias indicam que a computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica baseada em majoranas talvez n\u00e3o dependa apenas de sistemas ideais e longas cadeias topol\u00f3gicas, mas tamb\u00e9m da f\u00edsica rica e control\u00e1vel das vers\u00f5es m\u00ednimas e imperfeitas.<\/p>\n

O estudo foi apoiado pela FAPESP por meio de Aux\u00edlio \u00e0 Pesquisa<\/strong><\/a> concedido ao professor Seridonio.<\/p>\n

O artigo Revisiting the Poor Man\u2019s Majoranas: the spin-exchange induced spillover effect pode ser lido em: iopscience.iop.org\/article\/10.1088\/1361-648X\/ae2f13<\/strong><\/a>.

\n\u00a0<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Jos\u00e9 Tadeu Arantes | Ag\u00eancia FAPESP \u2013 \u201cF\u00e9rmion de Majorana\u201d \u00e9 o nome dado a uma part\u00edcula que…\n","protected":false},"author":2,"featured_media":315157,"comment_status":"","ping_status":"","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":"","_share_on_mastodon":"0"},"categories":[84],"tags":[55784,55796,55787,55789,55799,109,55786,107,108,16840,55790,55797,55781,55780,55779,55791,55775,55783,55778,55788,55792,55774,55777,55771,55782,55793,48743,55794,32,55776,33,55785,105,103,104,55772,55773,55795,106,110,15380,55798],"class_list":["post-315156","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","category-ciencia-e-tecnologia","tag-antiparticula","tag-antonio-carlos-ferreira-seridonio","tag-aplicacao-tecnologica","tag-cadeia-unidimensional-supercondutora","tag-cadeias-longas","tag-ciencia","tag-ciencia-basica","tag-ciencia-e-tecnologia","tag-cienciaetecnologia","tag-computacao-quantica","tag-eletrons","tag-escola-de-engenharia","tag-estabilizacao","tag-estados-exoticos","tag-estatisticas-quanticas","tag-excitacoes-coletivas","tag-excitacoes-quanticas","tag-fermion-de-majorana","tag-ferramentas-espectroscopicas","tag-fio-de-kitaev","tag-fios-curtos-de-kitaev","tag-fisica-teorica","tag-limitacoes-experimentais","tag-majoranas-dos-pobres","tag-nanoestruturas-supercondutoras","tag-nanofios-semicondutores","tag-particula","tag-pontos-quanticos-acoplados","tag-portugal","tag-protecao-topologica","tag-pt","tag-quase-particulas","tag-science","tag-science-and-technology","tag-scienceandtechnology","tag-sondas-quanticas","tag-spins","tag-supercondutores","tag-technology","tag-tecnologia","tag-unesp","tag-universidade-estadual-paulista"],"share_on_mastodon":{"url":"","error":"Validation failed: Text character limit of 500 exceeded"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/315156","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=315156"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/315156\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/media\/315157"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=315156"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=315156"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=315156"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}