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Eletrônica

Qubits são criados em componentes comuns de silício

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/01/2020

Qubits são criados em componentes eletrônicos de silício
Qubit individual caracterizado no interior de um componente eletrônico comercial.
[Imagem: Anderson et al. - 10.1126/science.aax9406]

Ponte entre eletrônica e computação quântica

A ponte entre eletrônica e a computação quântica pode ser mais fácil de ser construída do que se imaginava até agora.

Pesquisadores acabam de demonstrar que é possível integrar estados quânticos - que podem funcionar como qubits - nos mesmos materiais semicondutores usados pela eletrônica comum.

"A capacidade de criar e controlar bits quânticos de alto desempenho em eletrônicos comerciais foi uma surpresa," disse o professor David Awschalom, da Universidade de Chicago, nos EUA. "Estas descobertas mudam a maneira como pensamos sobre o desenvolvimento das tecnologias quânticas - talvez possamos encontrar uma maneira de usar a eletrônica de hoje para construir dispositivos quânticos".

Embora as tecnologias quânticas estejam em franco desenvolvimento, fazer tudo com silício é muito mais fácil e barato do que as técnicas atuais, baseadas em metais supercondutores, átomos levitados por luz ou qubits no interior de diamantes.

De fato, foram duas descobertas importantes envolvendo o uso quântico dos semicondutores à base de silício, ambas abrindo caminho, por exemplo, para viabilizar sistemas capazes de armazenar e distribuir informações quânticas de alta segurança nas redes de fibra óptica já instaladas.

Tecnologias quânticas de silício

O primeiro avanço consiste no controle de qubits incorporados no carboneto de silício. Esses estados quânticos no silício têm o benefício adicional de emitir partículas únicas de luz com comprimento de onda próximo à banda de telecomunicações.

"Isso os torna adequados para a transmissão de longa distância através da mesma rede de fibra óptica que já transporta 90% de todos os dados internacionais em todo o mundo," disse Awschalom.

Para demonstrar esse potencial, a equipe criou o que eles chamam de "rádio FM quântico": Da mesma forma que a música é transmitida ao rádio do carro, as informações quânticas podem ser enviadas por distâncias extremamente longas.

O segundo avanço trata de um problema inerente às tecnologias quânticas: o ruído, que faz os qubits perderem os dados.

Usando um dos elementos básicos da eletrônica - o diodo, um canal unidirecional para os elétrons - a equipe descobriu outro resultado inesperado: o sinal quântico repentinamente ficou livre de ruídos e era quase perfeitamente estável.

"Em nossos experimentos, precisamos usar lasers, os quais infelizmente causam um estouro de elétrons. É como um jogo de cadeiras musicais com elétrons; quando a luz se apaga tudo pára, mas em uma configuração diferente," comparou o pesquisador Alexandre Bourassa. "O problema é que essa configuração aleatória de elétrons afeta nosso estado quântico. Mas descobrimos que a aplicação de campos elétricos remove os elétrons do sistema e o torna muito mais estável."

Qubits são criados em componentes eletrônicos de silício
O uso de um humilde diodo elétrico permitiu filtrar o ruído da comunicação quântica.
[Imagem: Miao et al. - 10.1126/sciadv.aay0527]

Tecnologias quânticas

A equipe acredita que os dois avanços terão aplicação ampla e imediata nas tecnologias quânticas, sobretudo na interconexão de dispositivos, viabilizando a criação de redes quânticas em larga escala.

"Essas redes quânticas podem viabilizar uma nova classe de tecnologias, permitindo a criação de canais de comunicação inatacáveis, o teletransporte de estados de elétrons únicos e a realização de uma internet quântica," disse Awschalom.

Bibliografia:

Artigo: Electrical and optical control of single spins integrated in scalable semiconductor devices
Autores: Christopher P. Anderson, Alexandre Bourassa, Kevin C. Miao, Gary Wolfowicz, Peter J. Mintun, Alexander L. Crook, Hiroshi Abe, Jawad Ul Hassan, Nguyen T. Son, Takeshi Ohshima, David D. Awschalom
Revista: Science
Vol.: 366, Issue 6470, pp. 1225-1230
DOI: 10.1126/science.aax9406

Artigo: Electrically driven optical interferometry with spins in silicon carbide
Autores: Kevin C. Miao, Alexandre Bourassa, Christopher P. Anderson, Samuel J. Whiteley, Alexander L. Crook, Sam L. Bayliss, Gary Wolfowicz, Gergo Thiering, Péter Udvarhelyi, Viktor Ivády, Hiroshi Abe, Takeshi Ohshima, Ádám Gali, David D. Awschalom
Revista: Science Advances
Vol.: 5, no. 11, eaay0527
DOI: 10.1126/sciadv.aay0527





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