De qubits estacionários a voadores em velocidades nunca alcançadas antes…. Esta façanha, alcançado por uma equipe da Polytechnique Montréal e do Centre national de la recherche scientifique (CNRS) da França, nos aproxima um pouco mais da era em que as informações são transmitidas por meio de princípios quânticos.
Um artigo intitulado "Inicialização de alta fidelidade e ultrarrápida de um Hole-Spin vinculado a um Centro Isoeletrônico em ZnSe" foi publicado recentemente na prestigiosa revista. Cartas de revisão física . A criação de um qubit em seleneto de zinco, um material semicondutor bem conhecido, tornou possível a produção de uma interface entre a física quântica que rege o comportamento da matéria em escala nanométrica e a transferência de informações à velocidade da luz, abrindo assim o caminho para a produção de redes de comunicações quânticas.
Física clássica vs. física quântica
Nos computadores de hoje, regras clássicas da física. Bilhões de elétrons trabalham juntos para formar um bit de informação:0, elétrons estão ausentes e 1, elétrons estão presentes. Na física quântica, em vez disso, os elétrons únicos são preferidos, pois expressam um atributo incrível:o elétron pode assumir o valor de 0, 1 ou qualquer superposição desses dois estados. Este é o qubit, o equivalente quântico do bit clássico. Qubits oferecem possibilidades impressionantes para pesquisadores.
Um elétron gira em torno de si mesmo, um pouco como um pião. Essa é a rotação. Ao aplicar um campo magnético, este giro aponta para cima, baixa, ou simultaneamente aponta para cima e para baixo para formar um qubit. Melhor ainda, em vez de usar um elétron, podemos usar a ausência de um elétron; isso é o que os físicos chamam de "buraco". Como seu primo elétron, o buraco tem um spin a partir do qual um qubit pode ser formado. Qubits são criaturas quânticas intrinsecamente frágeis, portanto, precisam de um ambiente especial.
Seleneto de zinco, impurezas de telúrio:uma inovação mundial
Seleneto de zinco, ou ZnSe, é um cristal no qual os átomos são precisamente organizados. É também um semicondutor no qual é fácil introduzir intencionalmente impurezas de telúrio, um parente próximo do selênio na tabela periódica, em que os buracos estão presos, um pouco como bolhas de ar em um copo.
Este ambiente protege o spin do buraco - nosso qubit - e ajuda a manter suas informações quânticas com precisão por períodos mais longos; é o tempo de coerência, o tempo que os físicos de todo o mundo estão tentando estender por todos os meios possíveis. A escolha do seleneto de zinco é proposital, uma vez que pode fornecer o ambiente mais silencioso de todos os materiais semicondutores.
Philippe St-Jean, aluno de doutorado da equipe do professor Sébastien Francoeur, usa fótons gerados por um laser para inicializar o buraco e registrar informações quânticas nele. Para ler, ele excita o buraco novamente com um laser e então coleta os fótons emitidos. O resultado é uma transferência quântica de informações entre o qubit estacionário, codificado na rotação do buraco mantido cativo no cristal, e o qubit voador - o fóton, que naturalmente viaja na velocidade da luz.
Esta nova técnica mostra que é possível criar um qubit mais rápido do que com todos os métodos que foram usados até agora. De fato, meros cem ou mais picossegundos, ou menos de um bilionésimo de segundo, são suficientes para ir de um qubit voador para um qubit estático, e vice versa.
Embora esta conquista seja um bom presságio, ainda há muito trabalho a ser feito antes que uma rede quântica possa ser usada para conduzir transações bancárias incondicionalmente seguras ou construir um computador quântico capaz de realizar os cálculos mais complexos. Essa é a tarefa difícil que a equipe de pesquisa de Sébastien Francoeur continuará a enfrentar.
