Qubits são criados em componentes comuns de silício

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/01/2020

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 carbeto 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."

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.

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