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Qubits de silício entram na briga pelo computador quântico

Qubits de silício entram na briga pelo computador quântico
Este chip tem apenas 2 qubits, mas é inteiramente feito com a tecnologia atual de silício.[Imagem: David Zajac/Princeton University]

Computação quântica no silício

Em um passo importante para construir um computador quântico usando materiais bem conhecidos da indústria e dos pesquisadores - o silício -, está pronto um componente chave de hardware capaz de controlar o comportamento quântico entre dois elétrons com extrema precisão.

O chip é uma porta lógica que controla as interações entre os elétrons de uma maneira que lhes permite funcionar como os bits quânticos de informação, ou qubits, necessários para a computação quântica.

A demonstração deste circuito de dois qubits quase imune a erros é um passo inicial importante para a construção de chips quânticos mais complexos a partir do silício, o mesmo material usado nos computadores convencionais e em toda a eletrônica.

"A criação desta porta de dois qubits de alta-fidelidade abre o caminho para experimentos em maior escala. Sabíamos que precisávamos que este experimento funcionasse se a tecnologia baseada em silício for ter um futuro em termos de expansão e construção de um computador quântico," disse o professor Jason Petta, na Universidade de Princeton, nos EUA.

Os componentes baseados em silício serão mais baratos e mais fáceis de fabricar do que as outras tecnologias de processamento quântico. Embora outros grupos de pesquisa e empresas já tenham apresentado chips quânticos contendo 50 qubits ou mais, esses sistemas usam materiais mais exóticos e difíceis de manter e controlar, como supercondutores ou átomos aprisionados por lasers.

Qubits de silício entram na briga pelo computador quântico
A porta lógica de dois qubits consiste em dois elétrons (bolas azuis com setas) em uma camada de silício (Si). [Imagem: D. M. Zajac et al. - 10.1126/science.aao5965]

Qubits de elétrons

Para construir a porta lógica de dois qubits, a equipe colocou minúsculos fios de alumínio em um cristal de silício altamente ordenado. Os fios fornecem tensões que prendem dois elétrons, separados entre eles por uma barreira de energia, em uma estrutura conhecida como ponto quântico duplo - são "poços" de energia onde o elétron cai e não consegue sair.

Baixando temporariamente a barreira de energia, os elétrons entram em estado de entrelaçamento, ou emaranhamento, compartilhando informações. Esses elétrons presos e entrelaçados ficam assim prontos para serem usados como qubits, que são como bits de computador convencionais, mas com superpoderes: enquanto um bit convencional pode representar um 0 ou um 1, cada qubit pode ser simultaneamente um 0 e um 1, ampliando o número de permutações possíveis que podem ser comparadas instantaneamente.

Bibliografia:

Resonantly driven CNOT gate for electron spins
David M. Zajac, A. J. Sigillito, M. Russ, F. Borjans, J. M. Taylor, G. Burkard, J. R. Petta
Science
Vol.: eaao5965
DOI: 10.1126/science.aao5965




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