Um grupo de cientistas do Centro RIKEN para Ciência da Matéria Emergente no Japão conseguiu fazer medições repetidas do spin de um elétron em um ponto quântico de silício (QD) sem alterar seu spin no processo. Esse tipo de medição de "não demolição" é importante para a criação de computadores quânticos tolerantes a falhas. Os computadores quânticos tornariam mais fácil realizar certas classes de cálculos, como problemas de muitos corpos, que são extremamente difíceis e demorados para computadores convencionais. Essencialmente, envolvem medir um valor quântico que nunca está em um único estado como um transistor convencional, mas, em vez disso, existe como um "estado sobreposto" - da mesma forma que não se pode dizer que o famoso gato de Schrõdinger esteja vivo ou morto até que seja observado. Usando esses sistemas, é possível realizar cálculos com um qubit que é uma sobreposição de dois valores, e determinar estatisticamente qual é o resultado correto. Computadores quânticos que usam spins de elétron único em QDs de silício são vistos como atraentes devido à sua escalabilidade potencial e porque o silício já é amplamente utilizado em tecnologia eletrônica.

A principal dificuldade com o desenvolvimento de computadores quânticos, Contudo, é que eles são muito sensíveis ao ruído externo, tornando crítica a correção de erros. Até aqui, pesquisadores conseguiram desenvolver spins de elétron único em QDs de silício com um longo tempo de retenção de informações e operação quântica de alta precisão, mas a medição quântica de não demolição - uma chave para a correção de erros eficaz - provou ser evasiva. O método convencional para a leitura de spins de um único elétron no silício é converter os spins em cargas que podem ser detectadas rapidamente, mas infelizmente, o spin do elétron é afetado pelo processo de detecção.

Agora, em pesquisa publicada em Nature Communications , a equipe RIKEN alcançou tal medição de não demolição. O insight principal que permitiu ao grupo avançar foi usar o modelo de interação do tipo Ising - um modelo de ferromagnetismo que analisa como os spins do elétron de átomos vizinhos se tornam alinhados, levando à formação de ferromagnetismo em toda a rede. Essencialmente, eles foram capazes de transferir as informações de spin - para cima ou para baixo - de um elétron em um QD para outro elétron no QD vizinho usando a interação do tipo Ising em um campo magnético, e então poderia medir o spin do vizinho usando o método convencional, para que eles pudessem deixar o giro original inalterado, e poderia realizar medições repetidas e rápidas do vizinho.

"Através disso, "explica o Diretor do Grupo Seigo Tarucha, que liderou o grupo de pesquisa, "conseguimos atingir uma taxa de fidelidade de não demolição de 99%, e usando medições repetidas obteria uma precisão de leitura de 95%. Também mostramos que, teoricamente, isso poderia ser aumentado para 99,6%, e planejo continuar trabalhando para atingir esse nível. "

Ele continua, "Isso é muito emocionante, porque se pudermos combinar nosso trabalho com portas de alta fidelidade de um e dois qubit, que estão sendo desenvolvidos atualmente, poderíamos construir uma variedade de sistemas de processamento de informações quânticas tolerantes a falhas usando uma plataforma de pontos quânticos de silício. "