Um sensor é um dispositivo com a capacidade de determinar mudanças em condições ambientes, tais como composição química, temperatura, pressão, campo elétrico, campo magnético, luz, pressão, entre outros. Nosso corpo, por exemplo, é um excelente acelerômetro, percebendo mínimas mudanças de velocidade. A eletrônica, por sua vez, tem contribuído com sensores embarcados em dispositivos do tipo smartwatch para medir distância percorrida, pressão arterial, nível de stress, entre outros.
O uso de novos materiais aplicados no monitoramento de condições ambientais é também fundamental para garantir a qualidade daquilo que consumimos. Isso é ainda mais crítico quando explodem notícias sobre lotes de produtos contaminados e impróprios para o consumo. Ter sensores na palma da mão que indiquem se a água está imprópria para o consumo ou se o alimento está livre de contaminantes passa a ser cada vez mais um requisito para garantir nossa sobrevivência em um planeta cada vez mais ameaçado pelas superbactérias.
Novos materiais mais sensíveis
Com isso, a ciência dos materiais tem focado incessantemente na busca por novos materiais que sejam ainda mais sensíveis a determinadas variáveis físicas e químicas, otimizando o limite de detecção do sensor produzido. E no limite dessa busca, a ciência chegou enfim aos elétrons, átomos (como o de Rydberg) e fótons. Como discutido nas últimas semanas, para o mundo nanométrico quem domina é a mecânica quântica – logo estes são chamados sensores quânticos. As características quânticas fazem o papel de distinguir a resposta destes sistemas daqueles que passaram a ser chamados de clássicos: nos sensores quânticos dominam a superposição, o entrelaçamento quântico e tunelamento.
Os qubits são excelentes protótipos de sistemas quânticos que fazem uso da superposição para garantir vantagens nunca antes imaginadas aos computadores convencionais, agora disponíveis aos correspondentes quânticos. Os magnetômetros quânticos, por outro lado, permitem detectar campos magnéticos extremamente baixos usando estados emaranhados.
E qual o efeito em nossas vidas de todas estas coisas quânticas sentindo pequenas variações? Para além da computação de alto desempenho, criptografia, geofísica, energia, meio ambiente, defesa, telecomunicações e saúde é na imagiologia médica que os primeiros resultados já devem ser sentidos: com a melhoria promovida pelos sensores quânticos menos radiação se fará necessária para obter melhores imagens. Da mesma forma, com o aprimoramento de ressonância magnética e tomografia e a identificação de biomarcadores com maior precisão terá consequências imediatas na detecção do câncer em estágios iniciais.
Saúde, monitoramento ambiental e defesa
Apesar de todas as vantagens do ponto de vista da saúde e monitoramento de contaminação ambiental é na defesa que está uma das maiores motivações para o investimento massivas das nações em dispositivos quânticos: com radares cada vez mais sensíveis há a possibilidade de detectar aeronaves e drones furtivos enquanto que as propriedades de emaranhamento quântico vêm a ser usadas para garantir protocolos de comunicação segura, dada a possibilidade de criação de detectores quânticos (antenas) de largo espectro de recepção de sinais.
Como se pode perceber, os sensores quânticos surgem como um novo fôlego para expansão nos limites de detecção ao ponto de fomentar uma corrida dos países na busca por novas tecnologias quânticas. E para todas elas, a convicção de que o desempenho tende a ser muito melhor do que no correspondente clássico. Ou seja, é na quântica que está o futuro das tecnologias de telecomunicações à saúde. O mundo estranho e quase incompreensível das coisas pequenas combina suas propriedades para identificar traços e sinais que podem prolongar a estadia de nossa espécie neste planeta tão surrado pela própria ação do ser humano.
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Helinando Oliveira é físico, professor titular da Universidade Federal do Vale do São Francisco (Univasf) e atualmente é vice presidente da Academia Pernambucana de Ciência