Uma equipe de pesquisadores de Cambridge descobriu uma maneira de controlar o mar de núcleos em pontos quânticos semicondutores para que possam operar como um dispositivo de memória quântica.

Os pontos quânticos são cristais compostos por milhares de átomos, e cada um desses átomos interage magneticamente com o elétron preso. Se deixado sozinho com seus próprios dispositivos, esta interação do elétron com os spins nucleares, limita a utilidade do elétron como um bit quântico - um qubit.

Liderado pelo Professor Mete Atatüre, um Fellow no St John's College, Universidade de Cambridge, o grupo de pesquisa, localizado no Laboratório Cavendish, explorar as leis da física quântica e óptica para investigar a computação, aplicações de detecção ou comunicação.

Atatüre disse:"Os pontos quânticos oferecem uma interface ideal, mediado pela luz, para um sistema onde a dinâmica de giros individuais interagindo pudesse ser controlada e explorada. Como os núcleos "roubam" aleatoriamente informações do elétron, eles tradicionalmente são um aborrecimento, mas mostramos que podemos aproveitá-los como um recurso. "

A equipe de Cambridge encontrou uma maneira de explorar a interação entre o elétron e os milhares de núcleos usando lasers para 'resfriar' os núcleos a menos de 1 miliKelvin, ou um milésimo de grau acima da temperatura zero absoluta. Eles então mostraram que podem controlar e manipular os milhares de núcleos como se eles formassem um único corpo em uníssono, como um segundo qubit. Isso prova que os núcleos no ponto quântico podem trocar informações com o qubit do elétron e podem ser usados ​​para armazenar informações quânticas como um dispositivo de memória. Os resultados foram publicados em Ciência hoje.

A computação quântica visa aproveitar os conceitos fundamentais da física quântica, como princípio de emaranhamento e superposição, para superar as abordagens atuais de computação e pode revolucionar a tecnologia, negócios e pesquisa. Assim como os computadores clássicos, computadores quânticos precisam de um processador, memória, e um ônibus para transportar as informações para frente e para trás. O processador é um qubit que pode ser um elétron preso em um ponto quântico, o barramento é um único fóton que esses pontos quânticos geram e são ideais para a troca de informações. Mas o elo que faltava para os pontos quânticos é a memória quântica.

Atatüre disse:"Em vez de falar com spins nucleares individuais, trabalhamos para acessar ondas de spin coletivas por lasers. É como um estádio onde você não precisa se preocupar com quem levanta a mão na onda mexicana que está acontecendo, contanto que haja uma onda coletiva, porque todos eles dançam em uníssono.

"Em seguida, mostramos que essas ondas de spin têm coerência quântica. Essa era a peça que faltava no quebra-cabeça e agora temos tudo o que é necessário para construir uma memória quântica dedicada para cada qubit."

Em tecnologias quânticas, o fóton, o qubit e a memória precisam interagir um com o outro de forma controlada. Isso é realizado principalmente pela interface de diferentes sistemas físicos para formar uma única unidade híbrida que pode ser ineficiente. Os pesquisadores conseguiram mostrar que em pontos quânticos, o elemento de memória está automaticamente presente com cada qubit.

Dr. Dorian Gangloff, um dos primeiros autores do artigo e um Fellow em St John's, disse que a descoberta renovará o interesse por esses tipos de pontos quânticos semicondutores. Dr. Gangloff explicou:"Este é um avanço do Santo Graal para a pesquisa de pontos quânticos - tanto para memória quântica quanto para pesquisa fundamental; agora temos as ferramentas para estudar a dinâmica de sistemas complexos no espírito da simulação quântica."

As oportunidades de longo prazo deste trabalho podem ser vistas no campo da computação quântica. Mês passado, A IBM lançou o primeiro computador quântico comercial do mundo, e o presidente-executivo da Microsoft disse que a computação quântica tem o potencial de 'remodelar radicalmente o mundo'.

Gangloff disse:"O impacto do qubit pode estar a meio século de distância, mas o poder da tecnologia disruptiva é que é difícil conceber os problemas que podemos abrir - você pode tentar pensar nisso como desconhecidos conhecidos, mas em algum ponto você entra em um novo território. Ainda não sabemos que tipo de problemas ele ajudará a resolver, o que é muito empolgante. "