Átomos artificiais recém-criados em um chip de silício podem se tornar a nova base para a computação quântica.

Engenheiros australianos descobriram uma forma de fazer com que átomos artificiais sejam mais estáveis, o que, por sua vez, poderia produzir bits quânticos ou qubits mais consistentes – as unidades básicas de informação em um sistema quântico.

A pesquisa se baseia em um trabalho anterior da equipe, em que eles produziram os primeiros qubits em um chip de silício, que poderia processar informações com mais de 99% de precisão. Agora, eles encontraram uma maneira de minimizar a taxa de erro causada por imperfeições no silício.

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“O que realmente nos empolga em nossa pesquisa mais recente é que átomos artificiais com um número maior de elétrons se tornam qubits muito mais robustos do que se pensava, o que significa que podem ser usados com segurança para cálculos em computadores quânticos”, disse Andrew Dzurak, engenheiro quântico da Universidade de Nova Gales do Sul (UNSW), na Austrália.

Em um átomo real, os elétrons giram em três dimensões ao redor de um núcleo. Essas órbitas tridimensionais são chamadas de invólucros de elétrons, e os elementos podem ter diferentes números em sua composição.

Átomos artificiais – também conhecidos como pontos quânticos – são cristais semicondutores em nanoescala com um espaço que pode prender elétrons e limitar seus movimentos em três dimensões, mantendo-os no lugar de campos elétricos.

“Em um átomo real, você tem uma carga positiva no meio, sendo o núcleo, e os elétrons carregados negativamente são mantidos em torno deles em órbitas tridimensionais”, explicou Andre Saraiva, físico de estado sólido da UNSW.

“No nosso caso, ao invés do núcleo positivo, a carga positiva vem do eletrodo de porta que é separado do silício por uma barreira isolante de óxido de silício e, em seguida, os elétrons são suspensos embaixo dele, cada um orbitando em torno do centro do quantum ponto. Mas, em vez de formar uma esfera, elas estão dispostas em disco”, completa Saraiva.

Hidrogênio, lítio e sódio são elementos que podem ter apenas um elétron em sua carcaça. Este é o modelo usado para a computação quântica. Quando a equipe cria átomos artificiais equivalente aos três elementos, eles podem usar esse único elétron como um qubit, a versão quântica de um bit binário.

No entanto, diferentemente dos bits binários, que processam informações em um dos dois estados (1 ou 0), um qubit pode estar em qualquer um dos estados ou em ambos simultaneamente – um fenômeno chamado superposição – com base em sua rotação. Isso significa que eles podem executar cálculos paralelos em vez de fazê-los consecutivamente, tornando-os uma ferramenta de computação muito mais poderosa.

Em teoria, isso poderia ser a solução para os computadores quânticos, entretanto, o sistema não era perfeito. Por esse motivo, a equipe aumentou a tensão no eletrodo, que atraiu mais elétrons; esses elétrons, por sua vez, imitam átomos mais pesados, que possuem múltiplas camadas.

Essa nova configuração parece compensar os erros introduzidos por imperfeições em escala atômica no chip de silício. “Nosso trabalho mostra que podemos controlar a rotação de elétrons nas camadas externas desses átomos artificiais para nos fornecer qubits confiáveis e estáveis”, disse Dzurak. “Isso é realmente importante porque significa que agora podemos trabalhar com qubits muito menos frágeis, por conta de a composição de um átomo artificial ser muito mais robusta”, completa.

Via: Science Alert