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Eletrônica

Super-rodovia para elétrons: Computadores quânticos à frente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/10/2011

Super-rodovia para elétrons: Computadores quânticos à frente
Este chip semicondutor possui centenas de pequenas super-rodovias para elétrons, vias supercondutoras bidimensionais.
[Imagem: Jeff Fitlow/Rice University]

Isolante topológico

Cientistas criaram uma super-rodovia para elétrons, um tipo especial de componente que é um dos mais promissores para a construção de um computador quântico.

Em princípio, pode-se imaginar que um fio elétrico seja uma boa rodovia, ou que um supercondutor seja uma auto-estrada de primeiro mundo para elétrons.

Na verdade são, mas o dispositivo agora criado é uma "esquisitice" bem mais interessante.

O aparelho é tecnicamente chamado de isolante topológico, e nele se pode observar um fenômeno conhecido como efeito spin Hall quântico, identificado recentemente em uma série de descobertas que já rendeu dois prêmios Nobel de física.

Via supercondutora

Um isolante topológico, como todo bom isolante, não deixa passar uma corrente de elétrons - também conhecida como eletricidade. Pelo menos não em seu interior.

Mas ele permite que os elétrons fluam velozmente por canais muito bem definidos, nas suas bordas externas.

É aí que está a auto-estrada tão interessante, uma verdadeira via supercondutora bidimensional, uma vez que ela só ocorre na borda do material.

Qubits tolerantes a falhas

Quando associado a um elemento supercondutor, os cientistas esperam usar o isolante topológico para construir uma das mais promissoras arquiteturas de computadores quânticos, na qual os qubits serão tolerantes a falhas.

Em princípio, um processador quântico de 30 qubits pode ser tão poderoso quanto um processador tradicional com 1 bilhão de transistores.

O problema é que eles são muito sensíveis, e seus qubits costumam perder dados muito facilmente devido às flutuações quânticas.

Por isto, os cientistas estão tentando criar um tipo de qubit especial, baseado em um par de partículas quânticas que têm uma identidade compartilhada virtualmente imutável: os chamados férmions de Majorana (pronuncia-se "maiorana").

Os físicos acreditam que podem criar os férmions de Majorana juntando um isolante topológico, como o que agora foi construído, com um supercondutor.

Tais partículas-gêmeas, diz a teoria, deverão surgir exatamente na interface entre a borda do isolante topológico e o supercondutor.

Semicondutor com supercondutor

Os que os cientistas fizeram foi construir a primeira parte deste dispositivo.

Falta agora uni-la com um supercondutor, um material já bem-conhecido, mas que opera apenas em temperaturas criogênicas.

Os cientistas estão entusiasmados que alcançarão seu intento porque construíram seu isolante topológico usando um material semicondutor comum, muito empregado na fabricação de óculos de visão noturna - e esse semicondutor costuma se dar bem com os supercondutores.

Bibliografia:

Artigo: Evidence for Helical Edge Modes in Inverted InAs/GaSb Quantum Wells
Autores: Ivan Knez and Rui-Rui Du
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 107, 136603
DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.136603






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