Para realizar cálculos, os computadores quânticos precisam de qubits para atuar como blocos de construção elementares que processam e armazenam informações. Agora, os físicos produziram um novo tipo de qubit que pode ser alternado de um modo ocioso estável para um modo de cálculo rápido. O conceito também permitiria que um grande número de qubits fossem combinados em um computador quântico poderoso, como pesquisadores da Universidade de Basel e TU Eindhoven relataram no jornal Nature Nanotechnology.

Comparado com bits convencionais, bits quânticos (qubits) são muito mais frágeis e podem perder seu conteúdo de informação muito rapidamente. O desafio para a computação quântica é, portanto, manter os qubits sensíveis estáveis ​​por um período de tempo prolongado, enquanto, ao mesmo tempo, encontra maneiras de realizar operações quânticas rápidas. Agora, físicos da Universidade de Basel e TU Eindhoven desenvolveram um qubit comutável que deve permitir que os computadores quânticos façam as duas coisas.

O novo tipo de qubit tem um estado estável, mas lento, adequado para armazenar informações quânticas. Contudo, os pesquisadores também foram capazes de mudar o qubit para um modo de manipulação muito mais rápido, mas menos estável, aplicando uma voltagem elétrica. Neste estado, os qubits podem ser usados ​​para processar informações rapidamente.

Acoplamento seletivo de giros individuais

Em seu experimento, os pesquisadores criaram os qubits na forma de 'giros de buraco'. Estes são formados quando um elétron é deliberadamente removido de um semicondutor, e o buraco resultante tem um spin que pode adotar dois estados, para cima e para baixo - análogo aos valores 0 e 1 nos bits clássicos. No novo tipo de qubit, esses spins podem ser seletivamente acoplados - por meio de um fóton, por exemplo - para outros spins sintonizando suas frequências ressonantes.

Essa capacidade é vital, já que a construção de um computador quântico poderoso requer a habilidade de controlar e interconectar seletivamente muitos qubits individuais. A escalabilidade é particularmente necessária para reduzir a taxa de erro em cálculos quânticos.

Manipulação de rotação ultrarrápida

Os pesquisadores também foram capazes de usar o interruptor elétrico para manipular os qubits de spin em velocidade recorde. "O giro pode ser girado de forma coerente de cima para baixo em apenas um nanossegundo, "diz o líder do projeto, Professor Dominik Zumbühl, do Departamento de Física da Universidade de Basel." Isso permitiria até um bilhão de mudanças por segundo. A tecnologia spin qubit, portanto, já está se aproximando das velocidades de clock dos computadores convencionais de hoje. "

Para seus experimentos, os pesquisadores usaram um nanofio semicondutor feito de silício e germânio. Produzido em TU Eindhoven, o fio tem um diâmetro minúsculo de cerca de 20 nanômetros. Como o qubit também é extremamente pequeno, deveria, em princípio, ser possível incorporar milhões ou até bilhões desses qubits em um chip.