A computação quântica aproveita propriedades enigmáticas de pequenas partículas para processar informações complexas. Mas os sistemas quânticos são frágeis e sujeitos a erros, e computadores quânticos úteis ainda estão por vir.

Pesquisadores da Unidade de Dinâmica Quântica da Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) desenvolveram um novo método - chamado detecção de carga de imagem - para detectar transições de elétrons para estados quânticos. Os elétrons podem servir como bits quânticos, a menor unidade de informação quântica; esses bits são fundamentais para sistemas computacionais maiores. Computadores quânticos podem ser usados ​​para entender o mecanismo de supercondutividade, criptografia, inteligência artificial, entre outras aplicações.

"Há uma grande lacuna entre controlar poucos bits quânticos e construir um computador quântico, "disse a Dra. Erika Kawakami, o autor principal de um novo estudo, publicado em Cartas de revisão física com sugestão do editor. "Com os bits quânticos de última geração, um computador quântico precisaria ser do tamanho de um campo de futebol. Nossa nova abordagem pode criar um chip de dez centímetros. "

Um novo potencial para elétrons no hélio

Os elétrons precisam ser imobilizados para servir como bits quânticos; caso contrário, eles se movem livremente. Para criar um sistema de captura de elétrons, os pesquisadores usaram hélio líquido, que se liquefaz em temperaturas frias, como substrato. Uma vez que o hélio é livre de impurezas, espera-se que esses elétrons retenham estados quânticos por mais tempo do que em qualquer outro material, o que é importante para a realização de um computador quântico.

Prof. Denis Konstantinov e seus colaboradores, Kawakami e Dr. Asem Elarabi, colocou um capacitor de placa paralela dentro de uma célula de cobre resfriada a 0,2 graus Kelvin (-272,8 graus Celsius) e preenchida com hélio líquido condensado. Elétrons gerados por um filamento de tungstênio sentados sobre a superfície do hélio líquido, entre as duas placas do capacitor. Então, radiação de microondas introduzida nos estados quânticos dos elétrons excitados da célula de cobre, fazendo com que os elétrons se afastem da placa do capacitor inferior e se aproximem da placa do capacitor superior.

Os pesquisadores confirmaram a excitação dos estados quânticos observando um fenômeno eletrostático chamado carga de imagem. Como um reflexo em um espelho, a carga da imagem reflete com precisão o movimento dos elétrons. Se um elétron se mover mais longe da placa do capacitor, então a carga da imagem se move ao lado dele.

Seguindo em frente, os pesquisadores esperam usar esta detecção de carga de imagem para medir o estado de spin de um elétron individual, ou estado orbital quântico, sem interromper a integridade dos sistemas quânticos.

"Atualmente, podemos detectar os estados quânticos de um conjunto de muitos elétrons, "Konstantinov disse." O ponto forte deste novo método é que podemos reduzir essa técnica a um único elétron e usá-lo como um bit quântico. "