Computador quântico: já é possível ler dados armazenados como spins

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/12/2006

Christoph Boehme trabalha no equipamento usado para demonstrar a viabilidade de um computador quântico super rápido que lê informações guardadas na forma de "spins" magnéticos de átomos de fósforo.
[Imagem: John Lupton/University of Utah]

Do ábaco ao computador quântico

Os computadores quânticos ainda estão distantes no futuro. Mas não é à toa que pesquisadores do mundo inteiro estão dedicando todas as suas vidas em busca da construção de um computador que funciona com base não na carga dos elétrons, mas nos spins desses elétrons ou dos núcleos dos átomos.

Os computadores atuais processam dados em blocos de 64 bits de cada vez. Um computador quântico, no qual um qubit consegue guardar os valores 0 e 1 ao mesmo tempo, e que tenha 64 qubits, esse computador será nada menos do que 2⁶⁴ vezes mais rápido.

Comparar um computador quântico com os supercomputadores atuais é como comparar um computador atual com um ábaco. Dá para sentir melhor a diferença quando se vê que 2⁶⁴ é igual a 18.446.744.073.709.551.616 - algo como 18 bilhões de bilhões.

Dúvida quântica

Os cientistas ainda não sabem qual é melhor a técnica para se construir um computador quântico.

Há várias abordagens possíveis para se tentar armazenar dados em qubits - em chaves liga/desliga feitas de luz, em íons, em pontos quânticos, no estado de energia dos elétrons em órbita de um núcleo, ou também nos spins, ou na orientação magnética, dos elétrons e dos núcleos dos átomos.

Cada uma dessas abordagens gerou o que se convencionou chamar de "designs" - projetos ou princípios de funcionamento de computadores quânticos.

Computador quântico de Kane

Um desses designs é chamado Kane, em homenagem ao seu criador, o físico australiano Bruce Kane.

Em 1998, Kane lançou a idéia de construir um computador quântico que guarde suas informações em átomos dopantes colocados no interior de uma pastilha de silício.

Átomos dopantes estão na base de toda a eletrônica atual. São eles que modificam as propriedades eletrônicas do silício e permitem que esse semicondutor funcione como um transístor ou um diodo, por exemplo (para outro avanço no design Kane, veja Transístor atômico: cientistas manipulam transístor de um único átomo).

Mas havia um problema com a idéia de Kane: até hoje, ninguém havia conseguido ler as informações armazenadas no átomo dopante. Teoricamente seria possível, mas a prática vinha contestando tenazmente a teoria.

Dopagem com fósforo

Foi aí que entrou a equipe do Dr. Christoph Boehme, da Universidade Utah, Estados Unidos.

Os cientistas doparam o silício com átomos de fósforo - um elemento que não é comumente utilizado na dopagem tradicional feita pela indústria eletrônica - conseguindo codificar as informações digitais no spin dos núcleos desses átomos.

Campos elétricos aplicados externamente foram então utilizados para ler e processar os dados.

O experimento ainda não é preciso o suficiente: os cientistas conseguiram ler o resultado líquido dos spins dos núcleos e elétrons de um aglomerado de 10.000 átomos de fósforo, depositados a apenas 50 átomos da superfície da pastilha de silício. Para a construção de um computador quântico prático será necessário ler o spin de cada núcleo individualmente.

Mas o progresso apresentado foi fenomenal: no experimento mais bem-sucedido até então, era possível medir o resultado líquido dos spins de 10 bilhões de átomos. Ou seja, o resultado agora alcançado é 10.000 vezes melhor do que o anterior.

Leitura elétrica

Essas pesquisas anteriores foram baseadas em uma técnica de leitura por meio de ressonância magnética.

Já a equipe do Dr. Boehme demonstrou a possibilidade de fazer a leitura por meio de uma corrente elétrica - uma corrente coincidentemente 10.000 vezes menor do que a fornecida por uma pilha AA.

Mesmo comemorando o sucesso do experimento, os cientistas sabem que falta muito para se construir um computador quântico prático.

"Se você comparar o desenvolvimento dos computadores quânticos com os computadores clássicos, nós provavelmente estamos nos aproximando da descoberta do ábaco," diz Boehme.

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