Um novo material que consiste em uma única folha de átomos de carbono pode levar a novos designs para computadores quânticos ópticos. Físicos da Universidade de Viena e do Instituto de Ciências Fotônicas de Barcelona mostraram que estruturas de grafeno personalizadas permitem que fótons individuais interajam entre si. A nova arquitetura proposta para o computador quântico foi publicada na recente edição da npj Quantum Information .

Os fótons mal interagem com o ambiente, tornando-os um dos principais candidatos para armazenar e transmitir informações quânticas. Esse mesmo recurso torna especialmente difícil manipular informações codificadas em fótons. Para construir um computador quântico fotônico, um fóton deve mudar o estado de um segundo. Esse dispositivo é chamado de porta lógica quântica, e milhões de portas lógicas serão necessárias para construir um computador quântico. Uma maneira de conseguir isso é usar o chamado "material não linear", no qual dois fótons interagem dentro do material. Infelizmente, materiais não lineares padrão são muito ineficientes para construir uma porta lógica quântica.

Recentemente, percebeu-se que as interações não lineares podem ser bastante aprimoradas com o uso de plasmons. Em um plasmon, a luz é ligada aos elétrons na superfície do material. Esses elétrons podem então ajudar os fótons a interagir com muito mais força. Contudo, plasmons em materiais padrão decaem antes que os efeitos quânticos necessários possam ocorrer.

Em seu novo trabalho, a equipe de cientistas liderada pelo Prof. Philip Walther da Universidade de Viena propõe a criação de plasmons em grafeno. Este material 2-D descoberto há apenas uma década consiste em uma única camada de átomos de carbono dispostos em uma estrutura de favo de mel, e, desde sua descoberta, não parou de nos surpreender. Para este propósito específico, a configuração peculiar dos elétrons no grafeno leva a uma interação não linear extremamente forte e a plasmons que vivem por um tempo excepcionalmente longo.

Em sua porta lógica quântica de grafeno proposta, os cientistas mostram que se plasmons únicos são criados em nanofitas feitas de grafeno, dois plasmons em diferentes nanofitas podem interagir por meio de seus campos elétricos. Contanto que cada plasmon permaneça em sua fita, várias portas podem ser aplicadas aos plasmons, o que é necessário para a computação quântica. "Nós mostramos que a forte interação não linear no grafeno torna impossível para dois plasmons pularem na mesma fita, "diz Irati Alonso Calafell, primeiro autor do estudo.

Seu esquema proposto faz uso de várias propriedades únicas do grafeno, cada um dos quais foi observado individualmente. A equipe em Viena está atualmente realizando medições experimentais em um sistema semelhante à base de grafeno para confirmar a viabilidade de seu portão com a tecnologia atual. Uma vez que o portão é naturalmente pequeno, e opera em temperatura ambiente, deve prontamente ser escalonado, como é necessário para muitas tecnologias quânticas.