Eletrônica

Computador quântico de silício mais próximo da realidade

Duas equipes trabalhando no mesmo laboratório da Universidade de Nova Gales do Sul, na Austrália, descobriram duas soluções diferentes para criar qubits de alta precisão e capazes de reter informações por longos períodos.

"Nós chegamos agora a duas rotas paralelas para construir um computador quântico em silício, cada uma das quais mostra uma super precisão," disse o professor Andrea Morello.

A precisão é necessária porque os qubits geralmente são muito frágeis e perdem os dados facilmente. Embora existam mecanismos de correção quântica de erros, esses mecanismos só funcionam se os erros ocorrerem em 1% ou menos das operações.

Computador quântico de silício mais próximo da realidade
Qubit com átomo artificial sobre Si-28, muito similar a um transístor eletrônico comum. [Imagem: M. Veldhorst et al. - 10.1038/nnano.2014.216]

Qubit de silício

O primeiro grupo está trabalhando com qubits de silício, mais especificamente, do isótopo 28 do silício (Si-28).

Trata-se de um "átomo artificial", criado no interior de uma pastilha de Si-28, que funciona de forma muito parecida com um tipo comum de transístor de silício, conhecido como MOSFET.

Esse isótopo é perfeitamente não-magnético porque seu núcleo não tem spin. Assim, ao contrário do silício natural, ele não interfere com o átomo artificial, ajudando a preservar seus dados.

Há uma grande expectativa com os qubits de silício porque eles podem estabelecer uma ponte entre a eletrônica e a computação quântica.

Os cálculos quânticos foram realizados em um único elétron do átomo artificial.

Qubit de fósforo

Computador quântico de silício mais próximo da realidade
Esquema do qubit de fósforo, com as conexões para leitura e escrita. [Imagem: Juha T. Muhonen - 10.1038/nnano.2014.211]

A segunda parte da equipe está trabalhando com qubits em átomos "naturais" de fósforo.

"O átomo de fósforo contém na verdade dois qubits: o elétron e o núcleo. Com o núcleo em particular, nós obtivemos uma precisão perto de 99,99%. Isto significa apenas um erro em cada 10.000 operações quânticas," disse Juha Muhonen, membro da equipe.

O qubit de fósforo também é mantido no interior de uma pastilha de Si-28.

Além de alcançar uma precisão inédita, o qubit de fósforo conseguiu manter os dados por até 35 segundos, um recorde mundial para bits quânticos desse tipo.

Juntando qubits

Todos os testes foram realizados com qubits individuais. Assim, o próximo passo da equipe será construir pares desses qubits e aferir novamente sua precisão e tempo de decoerência.

Se tudo correr como esperado, será então uma questão de ir adicionando qubits uma a um, até obter uma quantidade suficiente para realizar cálculos práticos - quando então estará pronto um verdadeiro processador quântico.

Bibliografia:

An addressable quantum dot qubit with fault-tolerant control-fidelity
M. Veldhorst, J. C. C. Hwang, C. H. Yang, A. W. Leenstra, B. de Ronde, J. P. Dehollain, J. T. Muhonen, F. E. Hudson, K. M. Itoh, A. Morello, A. S. Dzurak
Nature Nanotechnology
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2014.216

Storing quantum information for 30 seconds in a nanoelectronic device
Juha T. Muhonen, Juan P. Dehollain, Arne Laucht, Fay E. Hudson, Rachpon Kalra, Takeharu Sekiguchi, Kohei M. Itoh, David N. Jamieson, Jeffrey C. McCallum, Andrew S. Dzurak, Andrea Morello
Nature Nanotechnology
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2014.211




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