Pesquisadores da Universidade RPTU de Kaiserslautern-Landau simularam uma junção de Josephson usando átomos ultrafrios, revelando efeitos quânticos chave anteriormente ocultos em supercondutores. Ao separar condensados de Bose-Einstein com uma barreira de laser móvel, observaram degraus de Shapiro, confirmando a universalidade do fenômeno. Os achados, publicados na Science, ligam sistemas quânticos atômicos e eletrônicos.
Junções de Josephson são vitais em tecnologias quânticas, permitindo medições precisas de tensão e formando o núcleo de computadores quânticos. Elas consistem em dois supercondutores separados por um isolante fino, mas seus processos quânticos são difíceis de observar diretamente devido à sua escala microscópica.
Para resolver isso, uma equipe liderada por Herwig Ott na Universidade RPTU de Kaiserslautern-Landau empregou simulação quântica com átomos ultrafrios. Criaram dois condensados de Bose-Einstein e os dividiram usando uma barreira óptica estreita de um feixe de laser focado. Ao mover periodicamente essa barreira, imitaram o efeito da radiação de micro-ondas em uma junção de Josephson tradicional.
O experimento produziu degraus de Shapiro claros — platôs de tensão quantizados em múltiplos da frequência de acionamento. Esses degraus, que sustentam o padrão global de tensão, apareceram no sistema atômico da mesma forma que em dispositivos supercondutores. "Em nosso experimento, fomos capazes de visualizar as excitações resultantes pela primeira vez. O fato de esse efeito agora aparecer em um sistema físico completamente diferente — um conjunto de átomos ultrafrios — confirma que os degraus de Shapiro são um fenômeno universal," declarou Ott.
O estudo, conduzido com teóricos Ludwig Mathey da Universidade de Hamburgo e Luigi Amico do Technology Innovation Institute em Abu Dhabi, demonstra como a simulação quântica revela física oculta. Como explicou Ott: "Um efeito quântico mecânico da física do estado sólido é transferido para um sistema completamente diferente — e ainda assim sua essência permanece a mesma. Isso constrói pontes entre os mundos quânticos de elétrons e átomos."
Erik Bernhart, que realizou os experimentos durante sua pesquisa de doutorado, destacou o potencial futuro: "Tais circuitos são particularmente adequados para observar efeitos coerentes, ou seja, efeitos ondulatórios." A equipe pretende conectar múltiplas junções atômicas em circuitos para atomtrônica, permitindo a observação direta do comportamento quântico atômico, ao contrário dos movimentos elusivos de elétrons em sólidos.
Publicado na Science (2025; 390 (6778): 1130), o trabalho avança o entendimento da universalidade quântica e aplicações em campos como magnetoencefalografia para imagem cerebral.
