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Eletrônica

Silício e diamante dão solidez aos computadores quânticos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/06/2012

Qubits sobrevivem eternidades quânticas em silício e diamante
O silício, bem conhecido dos computadores eletrônicos, agora entra definitivamente no páreo como elemento básico dos computadores quânticos.
[Imagem: Dane R. Mccamey/Christoph Boehme]

Qubits quase eternos

Há pouco mais de um mês, a comunidade científica que está trabalhando para construir os primeiros computadores quânticos comemorou quando três equipes conseguiram, por meio de técnicas diferentes, armazenar bits quânticos em cristais sólidos.

Agora, outras duas equipes eclipsaram de vez aquele avanço, conseguindo armazenar os qubits por tempos muito longos, quase inimagináveis há alguns anos.

Os bits quânticos podem ter vários valores ao mesmo tempo, mas eles perdem todos eles muito facilmente, devido a um fenômeno chamado decoerência, que destrói o fenômeno quântico básico do qubit, o entrelaçamento.

Assim, uma das saídas é isolar o qubit o máximo possível do ambiente ao seu redor, mantendo-o livre da decoerência enquanto ele precisar simplesmente ficar armazenado.

No momento de fazer cada cálculo, o qubit pode ser trazido para um local onde ele possa interagir com outros qubits, sendo levado de volta tão logo cumpra sua tarefa.

É aí que entram as duas inovações: duas equipes independentes conseguiram armazenar bits quânticos por períodos incrivelmente longos, e, mais importante, os dois esquemas funcionam em cristais sólidos, e não nas complicadas nuvens de gases superfrios.

Qubits sobrevivem
Estruturas conhecidas como vacâncias de nitrogênio permitem que nanocristais de diamante funcionem como depósito de qubits. Sua grande vantagem é que eles funcionam a temperatura ambiente.
[Imagem: Cortesia Element Six]

Silício ou diamante

A primeira equipe conseguiu armazenar um dado quântico no interior de um cristal de silício-28 por até 3 minutos.

A segunda equipe manteve a informação quântica no interior de um cristal de diamante, em uma estrutura conhecida como vacância de nitrogênio, por até 1,4 segundo.

Embora possa parecer que o primeiro experimento leva uma grande vantagem sobre o primeiro, na verdade, em termos práticos, é o contrário que se dá.

Isto porque o qubit foi armazenado no "defeito" de nitrogênio a temperatura ambiente, enquanto o cristal de silício faz o mesmo trabalho a uma temperatura de cerca de 2 Kelvin.

Os dois experimentos tiram proveito do spin do núcleo dos átomos, que é mais resistente às influências externas, que levam à decoerência, do que os spins dos elétrons.

As duas equipes desenvolveram técnicas ópticas para acoplar o spin nuclear para um qubit baseado em um elétron, que pode ser transferido para operar externamente e trazido de volta para ser armazenado em segurança no spin nuclear.

Bibliografia:

Artigo: Quantum Information Storage for over 180 s Using Donor Spins in a 28Si "Semiconductor Vacuum"
Autores: M. Steger, K. Saeedi, M. L. W. Thewalt, J. J. L. Morton, H. Riemann, N. V. Abrosimov, P. Becker, H.-J. Pohl
Revista: Science
Vol.: 336 no. 6086 pp. 1280-1283
DOI: 10.1126/science.1217635

Artigo: Room-Temperature Quantum Bit Memory Exceeding One Second
Autores: P. C. Maurer, G. Kucsko, C. Latta, L. Jiang, N. Y. Yao, S. D. Bennett, F. Pastawski, D. Hunger, N. Chisholm, M. Markham, D. J. Twitchen, J. I. Cirac, M. D. Lukin
Revista: Science
Vol.: 336 no. 6086 pp. 1283-1286
DOI: 10.1126/science.1220513


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