Eletrônica

Bits atômicos fazem ponte entre eletrônica e computação quântica

Bits atômicos fazem ponte entre eletrônica e computação quântica
Basta quebrar uma ligação de um átomo de silício para criar bits quânticos de estado sólido. [Imagem: Schofield et al./Nature Communications]

Atomotrônica

Conforme a miniaturização avança, os componentes eletrônicos ficam cada vez menores - hoje eles estão por volta dos 20 nanômetros, e encolhendo.

O grande sonho é chegar ao nível molecular - a eletrônica molecular - ou atômico - a atomotrônica.

Agora, em mais uma demonstração de que a atomotrônica é possível, pesquisadores inseriram "defeitos" em átomos de silício para que os átomos individuais funcionem como bits.

E não são bits isolados, mas cadeias de bits atômicos que podem ser controlados.

Os avanços na área da computação quântica já permitem o uso de íons individuais para formar estados quânticos coerentes, que podem representar não apenas 0s e 1s, mas várias outras configurações no mesmo qubit.

Contudo, para construir esses sistemas em larga escala, e fazer com que um qubit fale com os outros, o ideal é construí-los em plataformas de estado sólido.

Apesar de apresentar uma pureza suficiente para a escala em que os transistores são construídos hoje, o silício geralmente apresenta defeitos em nível atômico que são muito parecidos com os íons da computação quântica - o que é falta é tecnologia com precisão suficiente para ler e escrever neles.

Qubits de silício

Steven Schofield e seus colegas da Universidade College de Londres demonstraram a viabilidade de gerar esses defeitos de forma precisa e coordenada - transformando-os de defeitos em bits quânticos funcionais - e fazê-los operar em conjunto.

Cada qubit é um átomo de silício com uma ligação quebrada. No experimento, os pesquisadores construíram cadeias desses bits separados uns dos outros por apenas um nanômetro.

Bits atômicos fazem ponte entre eletrônica e computação quântica
E não são bits isolados, mas cadeias de bits atômicos que podem ser controlados. [Imagem: Schofield/London-Nano]

O mais importante é que, quando acoplados, estes bits atômicos geram estados quânticos estendidos, como se fossem orbitais moleculares artificiais - da mesma maneira que em uma molécula, cada bit atômico apresenta vários estados quânticos, com níveis de energia distintos.

Ou seja, o bit atômico pode guardar vários tipos de dados, e não apenas 0s e 1s.

"O próximo passo é replicar estes resultados em sistemas de outros materiais, por exemplo, usando átomos de fósforo substituindo átomos de silício, o que tem especial interesse para a construção de computadores quânticos," disse Schofield.

Isso geraria um sistema de computação quântica em silício similar à usada com as vacâncias de nitrogênio que estão dando origem aos computadores quânticos de diamante.

Bibliografia:

Quantum engineering at the silicon surface using dangling bonds
S. R. Schofield, P. Studer, C. F. Hirjibehedin, N. J. Curson, G. Aeppli, D. R. Bowler
Nature Communications
Vol.: 4, Article number: 1649
DOI: 10.1038/ncomms2679




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