O futuro da computação quântica é um tema importante não apenas para especialistas, mas também para muitas agências comerciais e governamentais. Em vez de processar e armazenar informações como bits em transistores ou memória, que limitam as informações ao binário "1" ou "0, "computadores quânticos, em vez disso, usariam sistemas quânticos, como átomos, íons, ou elétrons, como "qubits" para processar e armazenar "informações quânticas" em, que pode estar em um número infinito de combinações de "1 e 0". Grandes corporações de tecnologia, como o Google, Microsoft, Intel, e a IBM está investindo pesadamente em projetos relacionados que podem levar à realização do computador quântico e das tecnologias. Ao mesmo tempo, universidades e institutos de pesquisa em todo o mundo estão pesquisando novos sistemas quânticos, adotável para computação quântica. A Unidade de Dinâmica Quântica da Universidade de Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), recentemente fez novas descobertas sobre elétrons flutuando na superfície do hélio líquido, um sistema quântico que pode ser um novo candidato para a computação quântica em realidade. Esses resultados foram publicados em Revisão Física B .

Um dos problemas comuns na pesquisa de computação quântica usando sólidos é que é muito difícil fazer qubits perfeitamente idênticos porque defeitos intrínsecos ou impurezas nos materiais usados ​​afetam aleatoriamente o desempenho de cada qubit individual. "Nossa motivação para buscar um sistema de hélio líquido é que ele é intrinsecamente puro e livre de defeitos, que teoricamente permite a criação de qubits perfeitamente idênticos. Adicionalmente, podemos mover elétrons neste sistema de hélio líquido, o que é difícil ou quase impossível em outros sistemas quânticos, "explicou o Prof. Denis Konstantinov, chefe da Unidade de Dinâmica Quântica. Portanto, acredita-se que a adoção deste sistema para computação quântica pode trazer todo o campo para o próximo nível.

Utilizar elétrons em uma superfície de hélio líquido para computação quântica requer isolar elétrons individuais em uma superfície de hélio e controlar seus graus quânticos de liberdade, tanto em movimento quanto em rotação. Também pode exigir o movimento de elétrons para locais diferentes, portanto, também é importante entender a física da interação entre os elétrons e a superfície do hélio. Foi descoberto anteriormente que os elétrons do hélio podem formar um cristal bidimensional, e alguns fenômenos únicos ocorrem quando este cristal se move ao longo da superfície do hélio, devido à interação entre elétrons e ondas de superfície. Os cientistas do OIST, Contudo, são os primeiros a sondar como esses fenômenos dependem do tamanho do cristal de elétron. Para testar isso, Dr. Alexander Badrutdinov, Dr. Oleksandr Smorodin e aluno de doutorado OIST Jui-Yin Lin, construiu um dispositivo de canal microscópico que continha uma armadilha de elétrons para isolar um cristal de um número relativamente pequeno de elétrons. Este cristal seria então movido através da superfície do hélio líquido alterando o potencial eletrostático de um dos eletrodos do dispositivo. Este movimento seria detectado medindo as cargas da imagem, que são induzidos pelos elétrons em movimento, fluindo através de outro eletrodo usando um amplificador de corrente disponível comercialmente e detector de bloqueio.

"Esta pesquisa nos deu alguns insights sobre a física da interação entre os elétrons e a superfície do hélio, além de expandir nossas capacidades de microengenharia ", afirma o Dr. Alexander Badrutdinov, um ex-membro da Quantum Dynamics Unit e o primeiro autor do artigo. "Adotamos com sucesso uma tecnologia para confinar elétrons em dispositivos microscópicos, na escala de alguns mícrons. Com esta tecnologia, estudamos o movimento de cristais de elétrons bidimensionais microscópicos ao longo de uma superfície de hélio líquido e não vimos nenhuma diferença entre o movimento de grandes cristais de elétrons, na escala de milhões a bilhões de elétrons, e cristais tão pequenos quanto alguns milhares de elétrons, quando teoricamente, diferenças devem existir. "

Esta pesquisa é o primeiro passo do OIST na perspectiva de usar este sistema para computação quântica. De acordo com Konstantinov, "a próxima etapa desta pesquisa é isolar um cristal de elétron ainda menor, e finalmente, um único elétron, e para movê-los neste sistema. Ao contrário de outros sistemas, este sistema tem o potencial de ser puro, sistema escalável com qubits móveis. "Em teoria, esse tipo de sistema teria o potencial de revolucionar o campo de pesquisa da computação quântica.