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Novo dispositivo de silício abre as portas para a computação quântica


Em um grande avanço em direção à produção do tão almejado computador quântico usando materiais de fácil acesso, como o silício, pesquisadores da Universidade de Princeton, EUA, construíram uma peça chave de hardware a partir de silício capaz de controlar o comportamento quântico entre dois elétrons de forma extremamente precisa.

Publicado recentemente na Science, um estudo foi feito pelos pesquisadores detalhando o feito. Basicamente, eles construíram uma porta que controla as interações entre os elétrons de forma a permitir que eles atuem como bits quânticos de informação - ou melhor conhecidos como 'qubits' - necessários para o funcionamento da computação quântica.

Apesar de outros grupos de pesquisa e companhias já terem anunciado dispositivos quânticos contendo 50 ou mais qubits, esses sistemas requerem materiais muito exóticos, como supercondutores ou átomos carregados presos através de lasers. Já dispositivos baseados em silício serão provavelmente bem mais baratos e fácil de serem manipulados, facilitando o desenvolvimento da nova tecnologia e permitindo uma rápida popularização da computação quântica.



Computadores quânticos, caso sejam concretizados na prática, trarão uma velocidade de processamento de dados nunca antes imaginada e poderão resolver vários problemas que hoje são impossíveis de serem solucionados. Para para contruí-los, os pesquisadores precisam criar qubits estáveis e ligá-los a outros de mesma natureza com grande fidelidade. Dispositivos quânticos utilizando silício como base usam uma propriedade quântica dos elétrons chamada de 'spin' para codificar informações. O spin pode ter valor de +1/2 ou -1/2, assim como as informações computacionais hoje usam a base 0 e 1 para operar (dois valores possíveis para o bit, a menor unidade de dado nos computadores). No caso dos bits clássicos, os computadores convencionais, aliás, utilizam também a manipulação de elétrons, mas em termos do fluxo de cargas negativas.

Porém, alcançar uma alta performance baseada em estados quânticos de spin é dificultado por uma fragilidade desses estados, já que os spins podem rapidamente trocar de valores a menos que estejam isolados em um ambiente muito puro. Nesse sentido, os pesquisadores na Universidade de Princeton foram capazes de manter os spins de elétrons em dispositivos quânticos de forma coerente, ou seja, travados em seus estados quânticos, por um relativo longo período de tempo.

Para construir a porta de dois-qubits, os pesquisadores adicionaram uma fina camada de fios de óxido de alumínio sobre um cristal de silício altamente ordenado. Os fios garantiram potenciais elétricos que prenderam dois elétrons únicos, separados por uma barreira energética, em uma estrutura chamada de 'double quantum dot'. Ao diminuírem temporariamente a barreira energética, os pesquisadores possibilitarem que os elétrons compartilhassem informação quântica através de um estado quântico especial conhecido como 'entanglement' (1). Nesse novo estado, os elétrons presos e "emaranhados" podem ser usados como qubits, assim como os nossos atuais bits, mas com uma grande diferença: enquanto um bit só pode ser 0 ou 1, os qubits podem assumir dois distintos valores e ambos ao mesmo tempo! Isso faz com que o número de permutações possíveis seja amplamente expandido. Esse é o poder da computação quântica, ou seja, ela escapa das barreiras clássicas da Física.
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Nesse esquema, foi demonstrado que o primeiro qubit pode controlar o segundo qubit, significando que a estrutura funciona como uma porta controlada 'NOT (CNOT)', a qual é uma versão quântica de um componente de circuito comumente utilizado em computadores.

Além disso, os pesquisadores mostraram que eles podem manter os spins dos elétrons em seus estados quânticos definidos com uma fidelidade acima de 99% e que a porta funciona de forma confiável na troca de valores do segundo qubit cerca de 75% das vezes. A tecnologia ainda possui o potencial de escalar para mais qubits com ainda menos erros, permitindo algoritmos multi-qubit em uma arquitetura de silício.

A demonstração dessa porta de dois-qubits praticamente livre de erros é um passo mais do que importante na construção de dispositivos mais complexos de computação quântica a partir de silício, o mesmo material já tão conhecido e usado em computadores convencionais e smartphones.

(1) Para melhor entender o que é o 'entanglemet', acesse: O misterioso Gato de Schrödinger

Publicação do estudo: Science

Novo dispositivo de silício abre as portas para a computação quântica Novo dispositivo de silício abre as portas para a computação quântica Reviewed by Saber Atualizado on dezembro 12, 2017 Rating: 5

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