Cientistas descobrem um tipo totalmente novo de computação quântica

Por , em 6.09.2017

Pesquisadores australianos criaram um novo tipo de qubit – o bloco de construção de computadores quânticos – que eles dizem que, finalmente, tornará possível a fabricação de um computador quântico de grande escala. Em termos gerais, atualmente existem várias maneiras de fazer um computador quântico. Alguns ocupam menos espaço, mas tendem a ser incrivelmente complexos. Outros são mais simples, mas se você quiser aumentar a escala, é preciso derrubar alguns muros.

Uma maneira testada de capturar um qubit é usar tecnologias padrão de domação de átomos, como armadilhas de íons e pinças ópticas que podem conter partículas suficientemente longas para que seus estados quânticos sejam analisados. Outros usam circuitos feitos de materiais supercondutores para detectar superposições quânticas dentro das correntes elétricas escorregadias. A vantagem desses tipos de sistemas é sua base nas técnicas e equipamentos existentes, tornando-os relativamente acessíveis e fáceis de montar.

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O custo é o espaço – a tecnologia pode funcionar para um número relativamente pequeno de qubits, mas quando você pensa em centenas ou milhares deles vinculados em um computador, a escala rapidamente torna-se inviável.

Escalas reais, finalmente

Graças à codificação de informações no núcleo e no elétron de um átomo, o novo qubit de silício, que é chamado de “qubit de flip-flop”, pode ser controlado por sinais elétricos, em vez de magnéticos. Isso significa que ele pode manter o emaranhamento quântico em uma distância maior do que nunca, tornando mais barato e mais fácil construir em um computador quântico escalável.

“Se eles estão muito próximos, ou muito distantes, o “enxerto” entre os bits quânticos – o que torna os computadores quânticos tão especiais – não ocorre”, diz o pesquisador que surgiu com o novo Qubit, Guilherme Tosi, da Universidade de Nova Gales do Sul, na Austrália. O qubit de flip-flop fica entre esses dois extremos, oferecendo um verdadeiro emaranhamento quântico em uma distância de centenas de nanômetros.

Em outras palavras, isso pode ser exatamente o que esperamos para tornar os computadores quânticos baseados em silício escaláveis.

Até agora, temos apenas um modelo desse dispositivo – que ainda não foi construído. Mas, de acordo com o líder da equipe, Andrea Morello, o desenvolvimento é tão importante para o campo como o artigo seminal de 1998 escrito por Bruce Kane, que iniciou o movimento de computação quântica de silício.

Descoberta visionária

“Como o artigo de Kane, esta é uma teoria, uma proposta – o qubit ainda não foi construído”, diz Morello. “Temos alguns dados experimentais preliminares que sugerem que é totalmente viável, então estamos trabalhando para demonstrar isso completamente. Mas acho que isso é tão visionário quanto o documento original de Kane”.

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O qubit flip-flop funciona codificando informações tanto no elétron quanto no núcleo de um átomo de fósforo implantado dentro de um chip de silício e conectado com um padrão de eletrodos. A coisa toda é então arrefecida até perto do zero absoluto e banhada em um campo magnético.

O valor do qubit é então determinado por combinações de uma propriedade binária chamada spin – se o spin for ‘up’ para um elétron enquanto for ‘down’ para o núcleo, o qubit representa um valor global de 1. O contrário é um 0.

Isso deixa a superposição dos estados de rotação para serem usados ​​em operações quânticas.

Controle elétrico

Os pesquisadores são capazes de controlar o qubit usando um campo elétrico em vez de sinais magnéticos – o que dá duas vantagens. É mais fácil integrar-se aos circuitos eletrônicos normais e, o mais importante, também significa que os qubits podem se comunicar em distâncias maiores. “Para operar este qubit, você precisa puxar o elétron um pouco para longe do núcleo, usando os eletrodos no topo. Ao fazê-lo, você também cria um dipolo elétrico”, diz Tosi.

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“Este é o ponto crucial”, acrescenta Morello. “Estes dipolos elétricos interagem uns com os outros em distâncias bastante grandes, uma boa fração de um mícron ou 1.000 nanômetros. Isso significa que agora podemos colocar os qubits de átomo único muito mais distantes do que se pensava possível. Portanto, há espaço suficiente para intercalar os principais componentes clássicos, como interconexões, eletrodos de controle e dispositivos de leitura, mantendo a natureza precisa do átomo do bit quântico. É mais fácil de fabricar do que dispositivos de escala atômica, mas ainda nos permite colocar um milhão de qubits em um milímetro quadrado”.

O qubit flip-flop significa um equilíbrio que poderia tornar os futuros computadores quânticos pequenos e potencialmente acessíveis. “É um design brilhante, e como muitos desses avanços conceituais, é incrível que ninguém tenha pensado nisso antes”, diz Morello. [Science Alert]

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