Qubit descoberto em um lugar onde no h nada

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 18/06/2021

Qubit de lacuna

Na busca por tornarem os computadores qunticos uma realidade, os pesquisadores esto testando os mais diversos tipos de qubits, dos ftons, eltrons, tomos e molculas at defeitos no diamante e materiais supercondutores slidos.

Uma equipe da ustria e de Itlia est apresentando agora um novo candidato a bit quntico que , embora parea um pouco mais difcil de compreender, est-se mostrando mais eficaz do que seus equivalentes mais intuitivos.

Daniel Jirovec e seus colegas esto propondo usar um portador de carga positiva, conhecido como lacuna, para guardar dados qunticos.

Voc deve estar bem familiarizado com o portador de carga negativa, o eltron, geralmente entendido como uma partcula ou como uma onda – uma nuvem de probabilidades expressa por uma funo de onda – circundando os ncleos dos tomos.

A carga positiva, porm, muito menos intuitiva, e expressa como uma “ausncia de eltron” – da o termo lacuna.

No pense que mesmo os fsicos estejam totalmente satisfeitos com a compreenso atual das cargas positivas, mas o fato que as lacunas – para todos os efeitos prticos – podem at mesmo se mover em materiais slidos, medida que um eltron vizinho preenche o buraco; assim, efetivamente, a lacuna, descrita como uma partcula carregada positivamente, est se movendo para a frente.

Juntando qubits semicondutores e qubits supercondutores

O que os pesquisadores demonstraram agora que as lacunas tambm apresentam a propriedade quntica do magnetismo, o chamado spin, o que permite que elas interajam entre si se estiverem prximas o suficiente.

Esquema do dispositivo onde foram demonstrados os qubits de carga positiva.
[Imagem: Daniel Jirovec]

“Nossos colegas empilharam vrias misturas diferentes de silcio e germnio, com apenas alguns nanmetros de espessura, umas sobre as outras. Isso nos permite confinar as lacunas camada do meio, rica em germnio,” explica Jirovec. “No topo, adicionamos minsculos fios eltricos – as chamadas portas – para controlar o movimento das lacunas aplicando tenso a elas. As lacunas, com cargas eltricas positivas, reagem voltagem e podem ser movidas com extrema preciso dentro de sua camada.”

Usando este controle em escala nano, a equipe conseguiu colocar duas lacunas prximas uma da outra o suficiente para criar um qubit a partir da interao de seus spins usando um campo magntico de cerca de 10 militeslas. Este um campo magntico muito fraco em comparao com outras configuraes de qubit semelhantes, que exigem campos pelo menos dez vezes mais fortes.

“Usando nossa configurao de germnio em camadas, podemos reduzir a fora do campo magntico necessria e, portanto, permitir a combinao de nosso qubit com [qubits] supercondutores, geralmente inibidos por fortes campos magnticos,” disse Jirovec.

Isso pode permitir construir novos tipos de computadores qunticos, combinando semicondutores e supercondutores, com estes ltimos j tendo demonstrado a capacidade de operar em matrizes, conectando vrios qubits distncia.

Alm disso, esses qubits de spin de lacuna parecem promissores por causa de sua velocidade de processamento – at cem milhes de operaes por segundo – e de sua longa vida til – at 150 microssegundos. Normalmente, h uma compensao entre essas duas propriedades, mas uma mistura de qubits semicondutores com qubits supercondutores permitira a explorao simultnea das duas vantagens.

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