Leitura eletrônica dos estados quânticos promete avanços na Spintrônica
O artigo “Electronic read-out of a single nuclear spin using a molecular spin-transistor” dos pesquisadores Romain Vincent, Svetlana Klyatskaya, Mario Ruben, Wolfgang Wernsdorfer e Franck Balestro publicado recentemente pela revista Nature promete acelerar a aplicabilidade da computação quântica e da spintrônica na resolução de problemas complexos da ciência e tecnologia.
Um dos grandes desafios para transformar o computador quântico nesse instrumento tão esperado é o de isolar os bits quânticos (qubits) da interferência externa principalmente nos momentos de leitura e escrita das informações .
“Normalmente, todo contato com o mundo externo altera a informação em um sistema mecânico-quântico de uma forma completamente descontrolada,” explica o professor Mario Ruben, do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe. “Por isso precisamos manter o estado quântico estável e protegido. Por outro lado, a informação precisa ser lida de forma controlada para que ela possa ser utilizada.”
[Já falamos sobre qubits e spins nos artigos “Spins, abajures e 1001 noites” e “Spins fantasmas e heresias”.]
O problema foi solucionado pelo uso de moléculas magnéticas complexas, dotadas de um átomo metálico central (térbio) cujo forte momento magnético – ou spin – funciona como unidade de memória do qubit.
O átomo é completamente cercado por moléculas orgânicas que atuam como uma espécie de câmera protetora, que segundo Mario Ruben, o protege seletivamente das interferências externas.
“Quando sintetizamos essa câmara protetora, nós definimos exatamente o quanto o átomo pode ver do mundo exterior,” explica Ruben.
Cada qubit é constituído, portanto, por um átomo de térbio, protegido por uma couraça de cerca de 100 átomos de carbono, nitrogênio, oxigênio e hidrogênio (moléculas orgânicas) , sendo que o conjunto fica alojado entre dois eletrodos de ouro cujo design, aliado às propriedades seletivas destas moléculas orgânicas, promove um efeito similar ao efeito transistor.
Desta forma, quando a molécula fica exposta a um campo magnético variável a alteração do spin do átomo de térbio é assinalada pela flutuação na amplitude da corrente elétrica que flui pelo sistema através dos eletrodos de ouro, possibilitando, assim, a gravação magnética do qubit e sua posterior leitura elétrica.
“Medindo o fluxo da corrente, descobrimos que o spin nuclear do átomo de térbio permanece estável por um tempo máximo de 20 segundos,” disse Ruben. Um tempo muito longo quando comparado aos bilionésimos de segundos que constituem as respostas padrões dos processos quânticos.
Sem dúvida um passo gigantesco em relação aos recentes avanços no controle dos qubits de estado sólido, prometendo avanços não apenas na área da computação quântica ou em estudos da Física fundamental, mas também, uma aceleração na aplicabilidade da spintrônica, que poderá oferecer soluções práticas num tempo muito menor do que o estimado até agora.
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[Imagem: Circuito quântico – Arquivo do autor]
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