p Um grupo de cientistas do Niels Bohr Institute (NBI), Universidade de Copenhague, descobriu como fazer os qubits de spin executarem rotações para trás controladas. Isso nunca foi mostrado antes - e o jornal Cartas de revisão física , onde a pesquisa acabou de ser publicada, destaca a descoberta inovadora na categoria “Sugestão do Editor”. p "Eu acho que você pode dizer que descobrimos como rodar os qubits tanto na marcha à frente quanto na marcha à ré - sob certas circunstâncias, "diz o Ph.D. Filip Malinowski, Center for Quantum Devices (QDev) no Niels Bohr Institute.

p Malinowski e o colega da QDev, Frederico Martins - que agora está na University of New South Wales, Austrália - liderou o 'projeto reverso', que também incluiu cientistas da Purdue University, EUA. O papel dos cientistas americanos envolvia a produção de cristais semicondutores extremamente puros, que a equipe do NBI precisava como base para construir ao montar o 'ambiente' específico necessário para forçar os qubits a reverter.

p A descoberta do NBI deve ser vista no contexto dos computadores quânticos, os novos e poderosos supercomputadores da próxima geração que cientistas de todo o mundo - QDev não sendo exceção - aspiram desenvolver por meio de vários projetos.

p Para construir um computador quântico, você precisa de qubits - e os qubits diferem dos bits binários que são a espinha dorsal dos computadores contemporâneos. Os bits binários podem assumir os valores 0 ou 1 e, portanto - em princípio - funcionam como interruptores:eles estão 'ligados, "ou eles estão desligados."

p Como bits clássicos, qubits podem assumir os valores 0 e 1. No entanto:qubits também podem estar em um estado que representa 0 e 1 simultaneamente, uma assim chamada superposição.

p "Codificamos os qubits na direção para a qual o spin do elétron está apontando - e processamos as informações quânticas girando os spins em torno de eixos diferentes. Teoricamente, as rotações para frente e para trás produzem diferentes estados de superposição, mas experimentalmente, apenas as rotações para a frente eram possíveis até agora, "diz Frederico Martins.

p Velocidade e precisão

p O fato de que os qubits podem estar em um estado de superposição é o que permitirá a um computador quântico - uma vez desenvolvido - realizar simultaneamente um grande número de cálculos diferentes.

p Para realizar pesquisas de qubit, você tem que trabalhar em temperaturas muito baixas - nas proximidades do zero absoluto (-273,15 C) - a razão para isso é que essas condições protegem os qubits de várias perturbações que podem afetar seu nível de desempenho, por exemplo. barulho.

p "Nossos experimentos foram conduzidos a apenas 0,02 C acima do zero absoluto. Fomos capazes de criar essa temperatura muito baixa graças ao equipamento especial no laboratório QDev - uma versão de um criostato, um chamado refrigerador de diluição, "explica Filip Malinowski:

p "E quando um computador quântico é desenvolvido, provavelmente também incluirá alguma versão de um criostato. "

p A analogia do carro

p Quais são as possíveis implicações práticas do fato de que agora você pode forçar a reversão dos qubits - como mostrado pelos cientistas do NBI?

p Por um lado, torna possível realizar cálculos mais rápidos de uma determinada quantidade de dados do que pode ser feito com base em qubits equipados com apenas uma marcha para a frente.

p Mas também é possível escolher precisão em vez de velocidade, permitindo que os 'qubits reversos' funcionem em um ritmo moderado em um - futuro - computador quântico. Nesse caso, a vantagem será os cálculos de maior precisão, disse a Filip Malinowski:"E, como consequência, você poderá evitar muitos erros que teriam de ser corrigidos por meio de cálculos adicionais."

p A fim de entender o quão mais fácil de repente se torna controlar os qubits, uma vez que eles foram fornecidos com uma marcha à ré, uma analogia envolvendo um carro vem facilmente, diz o professor associado Ferdinand Kuemmeth, chefe da equipe QDev por trás da descoberta:

p "Imagine que você dirige um carro por uma rua movimentada - a rua onde você mora - e deseja estacioná-lo exatamente em frente à sua porta. Isso pode ser uma tarefa difícil, especialmente se houver muitos carros - (ruído, quando estamos falando qubits) - perto de você. E agora imagine fazer isso sem uma marcha à ré:se você ultrapassar um pouco, voce perdeu sua chance, e é difícil encontrar uma solução. O mesmo é verdade com qubits rotativos:se um ultrapassar um pouco - o que freqüentemente acontece devido ao ambiente barulhento - não havia como girar o qubit de volta - até agora! "

p Um processo de construção

p A função reversa em qubits foi demonstrada em um experimento envolvendo um 'ambiente' quântico que os cientistas do NBI construíram em cima de um cristal feito sob medida - uma estrutura semelhante a um sanduíche entregue pela Purdue University, feito de um material com distribuição extraordinariamente uniforme de elétrons.

p Na base do 'ambiente' está a estrutura cristalina - que os cientistas do NBI cobriram com um polímero.

p A próxima etapa foi 'desenhar' um padrão de ranhuras na camada de polímero, usando um feixe de elétrons.

p Em seguida, o - agora enfraquecido - polímero foi removido do padrão indicado - deixando as ranhuras abertas, como valas.

p Finalmente, as ranhuras no topo do cristal foram preenchidas com um metal para formar eletrodos, dos quais o menor mede apenas 20 nanômetros - e aplicando diferentes voltagens a esses eletrodos é possível repelir ou atrair elétrons, em última análise, colocando elétrons individuais em posições específicas.

p Os cientistas do NBI usaram esse chip para controlar com precisão a chamada interação de troca - uma interação fundamental entre elétrons que pode ser usada para forçar a reversão dos qubits - e como isso é feito é explicado com mais detalhes no gráfico de notícias.

p Center for Quantum Devices, QDev - o laboratório onde a pesquisa foi realizada. Foto:Ola Jakup Joensen

p A explicação condensada gira em torno do fato de que, quando dois elétrons giram - um apontando para cima, o outro para baixo - são colocados no mesmo espaço confinado, eles começam a girar juntos, disse Filip Malinowski:

p "Neste caso, esses elétrons são qubits - e se voltarmos à analogia do carro, eles começarão a girar ou avançar. Até agora, a suposição era de que essa era de fato a única direção na qual eles poderiam se mover - que é onde entra nossa descoberta. "

p A função reversa torna-se realidade quando dois spins de elétrons de ponta oposta - qubits - são colocados em um ambiente confinado junto com muitos outros pares de elétrons.

p Agora - ainda em temperaturas muito baixas - de repente torna-se possível forçar a reversão dos qubits.

p O arsenieto de gálio - o material do qual o cristal produzido nos Estados Unidos é feito - desempenha um papel proeminente no experimento NBI, mas a técnica provavelmente funcionará igualmente bem com uma série de outros semicondutores, disse Filip Malinowski:

p "Principalmente o silício, que é essencial para os chips encontrados em nossos processadores de geração atual - mas o silício também pode ser usado como um material de construção para computadores quânticos. "