p A abordagem australiana única de criar bits quânticos a partir de átomos individuais precisamente posicionados no silício está colhendo grandes recompensas, com cientistas liderados pela UNSW em Sydney mostrando pela primeira vez que podem fazer dois desses qubits atômicos "conversarem" entre si. p A equipe - liderada pela Professora Michelle Simmons da UNSW, Diretor do Centro de Excelência em Computação Quântica e Tecnologia de Comunicação, ou CQC2T - é o único grupo no mundo que tem a capacidade de ver a posição exata de seus qubits no estado sólido.

p A equipe de Simmons cria os qubits de átomos posicionando e encapsulando com precisão átomos de fósforo individuais em um chip de silício. As informações são armazenadas no spin quântico de um único elétron de fósforo.

p O mais recente avanço da equipe - a primeira observação de interações controláveis ​​entre dois desses qubits - é publicado na revista Nature Communications . Ele segue duas outras descobertas recentes usando essa abordagem única para construir um computador quântico.

p Ao otimizar seu processo de nanofabricação, A equipe de Simmons também criou recentemente circuitos quânticos com o menor ruído elétrico registrado de qualquer dispositivo semicondutor.

p E eles criaram um qubit de spin de elétron com a vida útil mais longa já relatada em um dispositivo nanoelétrico - 30 segundos.

p "Os resultados combinados desses três artigos de pesquisa confirmam as perspectivas extremamente promissoras para a construção de sistemas multi-qubit usando nossos qubits de átomo, "diz Simmons.

p Australiano do Ano 2018 inspirado por Richard Feynman

p Simmons, que foi eleita australiana do ano de 2018 em janeiro por sua pesquisa pioneira em computação quântica, diz que o trabalho inovador de sua equipe foi inspirado pelo falecido físico Richard Feynman.

p "Feynman disse:'O que eu não posso criar, Eu não entendo'. Estamos implementando essa estratégia sistematicamente, do zero, átomo por átomo, "diz Simmons.

p "Ao colocar nossos átomos de fósforo no silício para fazer um qubit, demonstramos que podemos usar uma sonda de varredura para medir diretamente a função de onda do átomo, que nos diz sua localização física exata no chip. Somos o único grupo no mundo que pode realmente ver onde estão nossos qubits.

p "Nossa vantagem competitiva é que podemos colocar nosso qubit de alta qualidade onde quisermos no chip, veja o que fizemos, e, em seguida, medir como ele se comporta. Podemos adicionar outro qubit próximo e ver como as duas funções de onda interagem. E então podemos começar a gerar réplicas dos dispositivos que criamos, " ela diz.

p Para o novo estudo, a equipe colocou dois qubits - um feito de dois átomos de fósforo e outro feito de um único átomo de fósforo - separados por 16 nanômetros em um chip de silício.

p "Usando eletrodos padronizados no chip com técnicas de precisão semelhantes, fomos capazes de controlar as interações entre esses dois qubits vizinhos, então os spins quânticos de seus elétrons tornaram-se correlacionados, "diz o co-autor principal do estudo, Dr. Matthew Broome, ex-UNSW e agora na Universidade de Copenhagen.

p "Foi fascinante assistir. Quando o spin de um elétron está apontando para cima, o outro aponta para baixo, e vice versa.

p "Este é um marco importante para a tecnologia. Este tipo de correlações de spin são o precursor dos estados emaranhados que são necessários para um computador quântico funcionar e realizar cálculos complexos, " ele diz.

p Coautor principal do estudo, Sam Gorman da UNSW, diz:"A teoria previu que os dois qubits precisariam ser colocados a 20 nanômetros de distância para ver esse efeito de correlação. Mas descobrimos que ocorre a apenas 16 nanômetros de distância.

p "Em nosso mundo quântico, esta é uma diferença muito grande, ", diz ele." Também é brilhante, como experimentalista, estar desafiando a teoria. "

p Liderando a corrida para construir um computador quântico em silício

p Cientistas e engenheiros da UNSW da CQC2T estão liderando o mundo na corrida para construir um computador quântico em silício. Eles estão desenvolvendo abordagens patenteadas paralelas usando átomo único e qubits de pontos quânticos.

p "Nossa esperança é que ambas as abordagens funcionem bem. Isso seria ótimo para a Austrália, "diz Simmons.

p A equipe UNSW optou por trabalhar com silício porque é um dos ambientes mais estáveis ​​e facilmente fabricados para hospedar qubits, e sua longa história de uso na indústria de computadores convencionais significa que há um vasto corpo de conhecimento sobre este material.

p Em 2012, Equipe Simmons, que usam microscópios de tunelamento de varredura para posicionar os átomos de fósforo individuais no silício e, em seguida, epitaxia de feixe molecular para encapsulá-los, criou os fios condutores mais estreitos do mundo, apenas quatro átomos de fósforo de diâmetro e um átomo de altura.

p Em um artigo recente publicado na revista Nano Letters, eles usaram técnicas de controle de escala atômica semelhantes para produzir circuitos com cerca de 2 a 10 nanômetros de largura e mostraram que ele tinha o menor ruído elétrico registrado de qualquer circuito semicondutor. Este trabalho foi realizado em conjunto com Saquib Shamim e Arindam Ghosh do Indian Institute of Science.

p "É amplamente aceito que o ruído elétrico do circuito que controla os qubits será um fator crítico na limitação de seu desempenho, "diz Simmons.

p "Nossos resultados confirmam que o silício é uma escolha ideal, porque seu uso evita o problema que a maioria dos outros dispositivos enfrentam de ter uma mistura de materiais diferentes, incluindo dielétricos e metais de superfície, que pode ser a fonte de, e amplificar, ruído elétrico.

p "Com nossa abordagem de precisão, alcançamos o que acreditamos ser o nível de ruído elétrico mais baixo possível para um nano-dispositivo eletrônico de silício - três ordens de magnitude menor do que até mesmo usando nanotubos de carbono, " ela diz.

p Em outro artigo recente na Science Advances, A equipe de Simmons mostrou que seus qubits de precisão em silício podiam ser projetados para que o spin do elétron tivesse uma vida útil recorde de 30 segundos - até 16 vezes mais do que o relatado anteriormente. O primeiro autor, Dr. Thomas Watson, Esteve na UNSW fazendo seu PhD e agora está na Delft University of Technology.

p "Este é um tópico quente de pesquisa, "diz Simmons." O tempo de vida do spin do elétron - antes de começar a decair, por exemplo, de aumentar para diminuir a rotação - é vital. Quanto mais longa for a vida, mais tempo podemos armazenar informações em seu estado quântico. "

p No mesmo jornal, eles mostraram que esses longos períodos de vida lhes permitiram ler os spins do elétron de dois qubits em sequência com uma precisão de 99,8 por cento para cada um, que é o nível necessário para a correção de erros prática em um processador quântico.

p Primeira empresa de computação quântica da Austrália

p Em vez de realizar cálculos um após o outro, como um computador convencional, um computador quântico trabalharia em paralelo e seria capaz de examinar todos os resultados possíveis ao mesmo tempo. Seria capaz de resolver problemas em minutos que, de outra forma, levariam milhares de anos.

p Ano passado, A primeira empresa de computação quântica da Austrália - apoiada por um consórcio único de governos, indústria e universidades - foi criada para comercializar a pesquisa líder mundial da CQC2T.

p Operando em novos laboratórios da UNSW, A Silicon Quantum Computing Pty Ltd tem como objetivo produzir um dispositivo de demonstração de 10 qubit em silício até 2022, como o precursor de um computador quântico baseado em silício.

p O governo australiano investiu US $ 26 milhões no empreendimento de US $ 83 milhões por meio de sua Agenda Nacional de Inovação e Ciência, com um adicional de $ 25 milhões vindo da UNSW, $ 14 milhões do Commonwealth Bank of Australia, $ 10 milhões da Telstra e $ 8,7 milhões do Governo de NSW.

p Estima-se que as indústrias que abrangem aproximadamente 40% da economia atual da Austrália podem ser significativamente afetadas pela computação quântica. As aplicações possíveis incluem design de software, aprendizado de máquina, programação e planejamento logístico, Analise financeira, modelagem de mercado de ações, verificação de software e hardware, modelagem climática, desenho e teste rápido de medicamentos, e detecção e prevenção precoce de doenças.