Eletrônica

Moléculas são qubits melhores do que átomos

Moléculas são qubits melhores do que átomos
Acoplamento entre os estados de spin nuclear das moléculas 23Na40K.[Imagem: Jee Woo Park et al. - 10.1126/science.aal5066]

Computação química

De uns tempos para cá, os químicos começaram a mostrar que têm muito a colaborar com o lado mais "duro" da tecnologia, nomeadamente da computação e da eletrônica.

Como exemplos, eles apresentaram o chit, a primeira célula de memória química, memórias químicas multibits e até um processador químico experimental, abrindo caminho para um computador químico.

Agora, eles demonstraram que usar moléculas pode ser muito mais interessante para os computadores quânticos do que os vários tipos de qubits testados até agora, incluindo materiais supercondutores, íons ou átomos neutros individuais e elétrons.

Qubit molecular

Jee Woo Park e seus colegas do MIT usaram como demonstração uma molécula simples, constituída por um átomo de sódio e outro de potássio (23Na40K), resfriada até poucos nanokelvins (nK) acima do zero absoluto - como a maioria dos outros qubits.

A grande vantagem é que as moléculas se mostraram muito mais estáveis, retendo a informação quântica por longos períodos, eliminando um dos principais gargalos para a fabricação de computadores quânticos robustos e confiáveis.

"As moléculas têm mais 'alças' do que os átomos," explicou o professor Martin Zwierlein - ele próprio um físico - referindo-se às várias maneiras com que as moléculas podem interagir umas com as outras e com influências externas.

Moléculas são qubits melhores do que átomos
Câmara de vácuo onde as moléculas de sódio-potássio são mantidas para funcionarem como qubits - quanto mais simples as moléculas, mas fácil é resfriá-las. [Imagem: UQGG/MIT]

"Elas podem vibrar, elas podem girar e, de fato, elas podem interagir fortemente umas com as outras, o que os átomos têm dificuldade de fazer. Normalmente, os átomos precisam de fato se encontrar uns com os outros, estarem quase um em cima do outro, antes que percebam que há outro átomo com que podem interagir, enquanto as moléculas podem se ver a distâncias relativamente grandes. Para fazer com que esses qubits conversem uns com os outros e executem cálculos, usar moléculas é uma ideia muito melhor do que usar átomos," acrescentou.

Cálculos intratáveis

Embora pesquisadores teóricos já houvessem sugerido antes o uso de moléculas como qubits, a equipe afirma que seu experimento é a primeira demonstração prática dessa nova plataforma, mostrando que a informação quântica pode ser guardada em moléculas dipolares por longos períodos - até um segundo, o que é uma enormidade em termos de cálculos quânticos, que podem ser feitos em frações de milissegundos nessa plataforma.

"O mais surpreendente é que estas moléculas constituem um sistema que pode permitir tanto o armazenamento quanto o processamento de informações quânticas, tudo usando o mesmo sistema físico. Essa é realmente uma característica bastante rara que não é típica de forma nenhuma nos sistemas de qubit mais estudados hoje," acrescentou o pesquisador Sebastian Will.

Usando uma matriz de talvez mil dessas moléculas, explica o professor Zwierlein, seria possível realizar cálculos tão complexos que nenhum computador atual conseguiria nem mesmo começar a verificar as possibilidades. Embora ele saliente que este ainda é um passo inicial e que esses computadores podem estar a uma década ou mais da realidade, em princípio esses qubits moleculares poderiam resolver rapidamente problemas atualmente intratáveis.

Além da computação quântica, o novo sistema molecular poderá também representar uma nova maneira de realizar medidas de precisão e experimentos de química quântica.

Bibliografia:

Second-scale nuclear spin coherence time of ultracold 23Na40K molecules
Jee Woo Park, Zoe Z. Yan, Huanqian Loh, Sebastian A. Will, Martin W. Zwierlein
Science
Vol.: 357, Issue 6349, pp. 372-375
DOI: 10.1126/science.aal5066




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