Computadores quânticos - uma possível tecnologia futura que revolucionaria a computação, aproveitando as propriedades bizarras dos bits quânticos, ou qubits. Qubits são os análogos quânticos dos bits clássicos de computador "0" e "1". Materiais de engenharia que podem funcionar como qubits são tecnicamente desafiadores. Usando supercomputadores, cientistas da Universidade de Chicago e do Laboratório Nacional de Argonne previram possíveis novos qubits construídos com nitreto de alumínio deformado. Além disso, os cientistas mostraram que certos qubits recém-desenvolvidos em carboneto de silício têm uma vida útil incomumente longa.

Computadores quânticos podem quebrar técnicas comuns de criptografia, pesquisar enormes conjuntos de dados, e simular sistemas quânticos em uma fração do tempo que os computadores de hoje levariam. Contudo, os engenheiros precisam primeiro controlar as propriedades dos bits quânticos. A engenharia de novos qubits com métodos menos difíceis pode diminuir uma das barreiras significativas para dimensionar computadores quânticos de pequenos protótipos em tecnologias de grande escala.

Um dos principais métodos para a criação de qubits envolve a exploração de defeitos atômicos estruturais específicos em diamantes. Usar diamantes é tecnicamente desafiador e caro. Agora, pesquisadores da Universidade de Chicago e do Laboratório Nacional de Argonne sugeriram um defeito análogo no nitreto de alumínio, o que poderia reduzir a dificuldade e o custo final de fabricação de materiais para aplicações de computação quântica.

Usando os supercomputadores Edison e Mira no Centro de Computação Científica de Pesquisa Energética Nacional do DOE e no Laboratório Nacional de Argonne, respectivamente, os pesquisadores descobriram que, aplicando tensão ao nitreto de alumínio, eles podem criar defeitos estruturais no material que podem ser aproveitados como qubits semelhantes aos vistos em diamantes. Eles realizaram seus cálculos usando diferentes níveis de teoria e os códigos Quantum Espresso e WEST, o último desenvolvido na Universidade de Chicago.

Os códigos permitiram prever com precisão a posição dos níveis de defeito no gap de semicondutores. Os pesquisadores também colaboraram de perto com experimentalistas para compreender e melhorar o desempenho dos qubits em materiais industriais. Recentemente, eles mostraram que qubits recém-desenvolvidos em carboneto de silício têm tempos de coerência muito mais longos do que os qubits de defeito mais bem estabelecidos no diamante. Seus resultados apontaram cristais poliatômicos industrialmente importantes como hospedeiros promissores para qubits coerentes para dispositivos quânticos escaláveis.