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Computador quântico feito de semicondutores comuns

Computador quântico feito de semicondutores comuns
O qubit no semicondutor é construído com uma camada de arseneto de gálio-índio sobre uma base de arseneto de gálio. A diferença de espaçamento entre as estruturas cristalinas dos dois semicondutores forma "colinas", criando o qubit. [Imagem: Fabian Flassig/TUM]

Amnésia quântica

Construir computadores quânticos usando materiais semicondutores pode ser um atalho para economizar até uma década de pesquisas porque os semicondutores são os materiais mais estudados e melhor compreendidos pela física.

Um dos desafios para isso é que os qubits de silício têm apresentado uma indesejável tendência à amnésia, perdendo seus dados muito rapidamente.

Essa deficiência foi contornada agora usando um simples campo magnético.

Spins descontrolados

"Nós descobrimos que uma tensão [física] no material semicondutor gera um mecanismo novo e até recentemente desconhecido que resulta na perda da informação quântica," conta Alexander Bechtold, da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha.

Esse tensionamento do material cria campos elétricos que influenciam a orientação do spin nuclear dos átomos ao redor. "É uma espécie de efeito piezoelétrico," explica Bechthold. "Ele resulta de flutuações descontroladas nos spins nucleares."

O efeito pode se espalhar por um aglomerado de até 100.000 átomos, o que é uma enormidade para um qubit. O resultado inexorável é que a informação no qubit é perdida em algumas centenas de nanossegundos - os recordes de armazenamento de memórias quânticas já estão na casa dos segundos e dos minutos.

Computador quântico feito de semicondutores comuns
Os qubits no silício, compostos por um único elétron, já funcionam a temperatura ambiente. [Imagem: Cortesia Alan Stone Braker/APS]

Spins controlados

A boa notícia é que o problema pode ser resolvido com um campo magnético aplicado externamente.

A perda de informação pode ser evitada com a aplicação de um campo magnético de 1,5 tesla, que pode ser gerado por um ímã de terras raras de boa qualidade.

O campo magnético estabiliza os spins dos núcleos atômicos ao redor do qubit - o qubit propriamente dito é um único elétron dentro de um ponto quântico - e mantém a informação intacta.

"No geral, o sistema é extremamente promissor," disse o professor Jonathan Finley. "Os pontos quânticos semicondutores têm a vantagem de que se harmonizam perfeitamente com a atual tecnologia dos computadores, uma vez que são feitos de materiais similares."

Isto significa que, usando a tecnologia da microeletrônica atual, os qubits podem ser equipados com eletrodos e controlados - lidos e gravados - por um laser ou por uma corrente elétrica.

Bibliografia:

Three-stage decoherence dynamics of an electron spin qubit in an optically active quantum dot
Alexander Bechtold, Dominik Rauch, Fuxiang Li, Tobias Simmet, Per-Lennart Ardelt, Armin Regler, Kai Muller, Nikolai A. Sinitsyn, Jonathan J. Finley
Nature Physics
Vol.: 11, 1005-1008
DOI: 10.1038/nphys3470




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