Eletrônica

Cientistas criam leitor de elétrons individuais

Leitor de elétrons individuais: novo componente dos computadores quânticos
Um único átomo de fósforo - esfera vermelho circundada pela nuvem azul de elétrons - acoplado a um transístor de silício de elétron único, compondo uma leitura direta do spin de um único átomo de fósforo. No detalhe, o componente real e seu esquema de ligação. [Imagem: William Algar-Chuklin/UNSW/Morello et al/Nature]

Culminando um esforço de 10 anos de pesquisas, um grupo de engenheiros e físicos da Universidade de Nova Gales do Sul, na Austrália, criou um dos principais componentes necessários para viabilizar um computador quântico baseado no silício.

Leitura e escrita de bits quânticos

Os computadores quânticos prometem aumentos exponenciais na velocidade do processamento usando o "spin" de elétrons individuais, em vez da enxurrada de elétrons consumida em cada bit processado pelos computadores atuais.

Para isso, o computador quântico precisará tanto de uma maneira de mudar o estado do spin (escrevendo o dado), quando de medir esse estado (lendo o dado).

Ao criar o leitor de um único elétron, a equipe dos professores Andrea Morello e André Dzurak tornou possível pela primeira vez a medição do spin de um elétron em um experimento único usando componentes à base de silício.

A equipe inclui também pesquisadores da Universidade de Melbourne e da Universidade de Aalto, na Finlândia.

"Nosso dispositivo detecta o estado do spin de um único elétron em átomos individuais de fósforo implantados em um bloco de silício. O estado de spin do elétron controla o fluxo de elétrons em um circuito associado," explica Morello.

Medindo o fluxo dos elétrons nesse circuito - na verdade um transístor de um único átomo - é possível ler o spin do elétron.

Computador quântico de silício

O uso do silício, em vez de aparatos ópticos ou materiais mais exóticos, torna mais factível a integração do componente em um futuro computador quântico que seja mais simples, escalável e cuja produção em massa seja factível.

A ideia de construir um computador quântico à base de silício, agora conhecido como "computador quântico de Kane", nasceu nesta mesma universidade, levando o nome do criador do projeto, Bruce Kane - veja mais em Computador quântico: já é possível ler dados armazenados como spins.

Em 2006, Christoph Boehme e seus colegas da Universidade de Utah, nos Estados Unidos, conseguiram ler o spin de aglomerados contendo 10.000 átomos de fósforo incorporados no silício.

Agora, os pesquisadores conseguiram ler o spin de elétrons individuais, a última fronteira nessa "cabeça de leitura" quântica.

"Após uma década de trabalho tentando construir esse qubit de um único átomo, este é um momento muito especial," disse o professor Dzurak.

Processamento quântico

Agora que a equipe criou um leitor de um único elétron, eles estão trabalhando para concluir rapidamente uma forma de "escrever" o spin de um único elétron, e combinar os dois.

A seguir, eles vão combinar pares desses dois componentes para criar uma porta lógica de 2 bits - a unidade básica de processamento de um computador quântico.

Bibliografia:

Single-shot readout of an electron spin in silicon
Andrea Morello, Jarryd J. Pla, Floris A. Zwanenburg, Kok W. Chan, Kuan Y. Tan, Hans Huebl, Mikko Möttönen, Christopher D. Nugroho, Changyi Yang, Jessica A. van Donkelaar, Andrew D. C. Alves, David N. Jamieson, Christopher C. Escott, Lloyd C. L. Hollenberg, Robert G. Clark, Andrew S. Dzurak
Nature
26 September 2010
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nature09392




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