Pesquisadores da área da nanoeletrônica descobriram que uma molécula com formato bizarro em um de seus dispositivos pode agir como o primeiro átomo quântico em estado manipulável.
Imagine um minúsculo átomo de arsênio incrustado em uma pequeníssima tira de átomos de silício. Uma corrente elétrica é aplicada. Algo estranho surge na superfície: uma molécula exótica. Em uma ponta está o átomo esférico de arsênio e na outra ponta o átomo “artificial” plano, aparentemente bidimensional, criado como um artefato. O par forma uma molécula exótica, que compartilhou um elétron que pode ser manipulado para estar em qualquer das pontas da tira de silício ou em um estado quântico intermediário.
Avanços para a Computação quântica
Isso levantou uma das mais confusas, mais promissoras e mais estranhas descobertas no campo recentemente surgido da computação quântica.
Computação quântica é o termo que se refere a um tipo único de computação que leva a vantagem de fenômenos físicos em uma escala subatômica, muito pequena. Enquanto os computadores tradicionais funcionam em bits (uns e zeros) que representam a presença ou ausência de grupos de elétrons, um computador quântico usa qubits, ou seja, unidades de estado múltiplo baseados na posição e característica de um único elétron. Um único qubit pode codificar mais informação levando a computadores mais rápidos e menores.
Imagine um computador com dados do censo. Em um computador moderno a informação é armazenada em trilhões de bits, codificando os nomes, endereços e status das pessoas. Em um computador quântico esta mesma informação seria armazenada dentro de um punhado de bits muito menores. O computador poderia “ver” a informação de múltiplas pessoas simultaneamente, permitindo o processamento instantâneo de vastas quantidades de dados e buscas mais fáceis.
Computação quântica ainda mais avançada poderá explorar outros fenômenos físicos incomuns como emaranhamento, que permite que dois átomos distantes possam se comunicar instantaneamente. Tais comunicações podem ser mais rápidas que a luz sem violar a Teoria da Relatividade.
Para construir um computador quântico funcional é necessário um átomo ou molécula capaz de manter múltiplos estados quânticos. Essas moléculas manipuláveis não haviam sido descobertas ainda, mas ao encontrar o novo composto exótico as esperanças da computação quântica se revigoraram.
Gerhard Klimeck, professor de engenharia elétrica e da computação da Universidade de Purdue (EUA) e diretor associado da Rede para Nanotecnologia Computacional disse que “Até o momento computação quântica de grande escala era apenas um sonho. Esta descoberta pode não nos trazer um computador quântico dez anos mais cedo, mas nossos sonhos sobre estas máquinas agora são mais realistas”. Continua…
“Se você quiser construir um computador terá que ser capaz de controlar a ocupação dos estados quânticos. Nós podemos controlar a localização do elétron neste átomo artificial e então controlar o estado quântico com um campo elétrico aplicado externamente.”
A nova molécula foi descoberta primeiramente por Sven Rogge e seus colegas da Delft University of Technology, na Holanda. Sua equipe estava fazendo experiências em impurezas em transistores nanométricos. Eles descobriram que um único átomo estava transportando elétrons, mas não conseguiam encontrar a impureza responsável. Descobriram que não era uma impureza, mas um átomo sintético com uma característica de próton/elétron desconhecida, criada pela corrente elétrica. O átomo exótico era plano e formava uma molécula com o átomo de arsênio do transistor.
Muitos detalhes desta imagem ficaram claros graças ao trabalho de físicos como Lloyd Hollenberg da Universidade de Melbourne, na Austrália, que ajudaram a explicar o estranho comportamento e aparência da molécula.
Lloyd explicou: “A equipe descobriu que as medidas apenas faziam sentido se a molécula era considerada como feita de duas partes. Uma extremidade abrange o átomo de arsênio embutido no silício, enquanto a extremidade ‘artificial’ da molécula forma-se próxima da ‘superfície’ de silício do transistor. Um único elétron está espalhado através de ambas as extremidades. O que é estranho sobre a extremidade da ‘superfície’ da molécula é que ela funciona como um artefato quando nós aplicamos a corrente elétrica através do transistor e, portanto, pode ser considerada ‘feita pelo homem’. Nós não temos nenhuma forma equivalente que exista naturalmente no mundo ao nosso redor.”
Gerhard usou a análise para desenvolver um modelo com três milhões de átomos em um programa de modelagem nanoeletrônica NEMO 3-D para analisar o comportamento. A partir daí eles determinaram que os átomos planos exóticos representavam um átomo de estado quântico controlável, através do seu elétron. O estado quântico é dependente de voltagem, uma característica necessária para um computador quântico elétrico.
Last David Ebert, professor de Purdue colaborou para transformar o modelo um uma imagem para que fosse possível visualizar a descoberta.
Sven, o primeiro a descobrir o novo átomo, disse que o “experimento nos fez perceber que os dispositivos eletrônicos industriais alcançaram um nível onde nós podemos estudar e manipular o estado de um único átomo. Esse é o maior limite, não podemos controlar nada menor do que isso.”
O avanço, como muitas grandes descobertas históricas foi, em grande parte, acidental e afortunada: poderá permitir que um dia existam poderosos computadores quânticos que poderão solucionar problemas muito complexos. [Fonte]