Eletrônica

Criada uma cabeça de leitura para computadores quânticos

Criada uma cabeça de leitura para computadores quânticos
Ilustração artística de um futuro computador quântico com processadores feitos de diamante e grafeno. [Imagem: Christoph Hohmann/NIM]

Qubit de diamante

Pesquisadores alemães e espanhóis criaram a primeira cabeça de leitura capaz de recuperar os dados de um dos mais promissores tipos de bits quânticos.

Seja para ler os dados gravados magneticamente em um disco rígido, ou opticamente em um DVD, são necessários sensores, conhecidos como cabeças de leitura, capazes de ler o dado registrado - num caso é uma cabeça de leitura magnética, no outro uma cabeça de leitura óptica.

Ler qubits, porém, sempre foi um problema, devido à sua impressionante fragilidade - basta tentar ler uma informação quântica para interferir com ela.

Andreas Brenneis e seus colegas encontraram uma solução explorando a transferência de energia entre os qubits no interior de um diamante e uma camada externa de grafeno.

Os qubits de diamante existem em pontos chamados vacâncias de nitrogênio, que surgem na própria estrutura atômica do diamante. Eles são considerados os qubits mais estáveis atualmente e, portanto, um dos mais promissores rumo ao uso prático.

O problema é que até agora não existia uma maneira fácil de ler opticamente a informação armazenada dentro dos nanodiamantes.

Criada uma cabeça de leitura para computadores quânticos
Esta é a cabeça de leitura real, que lê os dados guardados nos qubits no interior do diamante. [Imagem: Astrid Eckert/TUM]

Lendo qubits no diamante

Quando a luz de um laser é disparada no diamante, no interior do qual está o qubit - na verdade há centenas de qubits dentro de um único nanodiamante - um fóton do laser tira um elétron do centro da vacância de nitrogênio do seu estado fundamental de energia e o eleva para um estado excitado.

"O sistema do elétron excitado e o estado fundamental desocupado podem ser vistos como um dipolo. Este dipolo, por sua vez, induz um outro dipolo compreendendo um elétron e uma lacuna na camada de grafeno vizinha," explica o professor Alexander Holleitner, da Universidade Técnica de Munique.

Bastou então acrescentar dois eletrodos na camada de grafeno para ler os resultados - a leitura ocorre em intervalos de tempo na casa dos picossegundos.

Graças as essas velocidades extremamente rápidas de comutação dos nanocircuitos desenvolvidos pela equipe, as cabeças de leitura - ou sensores - construídas com esta tecnologia poderão ser usadas para medir diversos processos extremamente rápidos.

Integrados a um computador quântico, elas permitirão velocidades de clock que alcançam a faixa dos terahertz - 1 THz equivale a 1.000 GHz.

Bibliografia:

Ultrafast electronic readout of diamond nitrogen-vacancy centres coupled to graphene,
Andreas Brenneis, Louis Gaudreau, Max Seifert, Helmut Karl, Martin S. Brandt, Hans Huebl, Jose A. Garrido, Frank H. L. Koppens, Alexander W. Holleitner
Nature Nanotechnology
Vol.: Advanced online publication
DOI: 10.1038/nnano.2014.276




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