Os pesquisadores usaram com sucesso as ondas sonoras para controlar a informação quântica em um único elétron, um passo significativo em direção à eficiência, computadores quânticos robustos feitos de semicondutores.

A equipe internacional, incluindo pesquisadores da Universidade de Cambridge, enviaram ondas sonoras de alta frequência através de um dispositivo semicondutor modificado para direcionar o comportamento de um único elétron, com eficiências superiores a 99 por cento. Os resultados são relatados no jornal Nature Communications .

Um computador quântico seria capaz de resolver problemas computacionais anteriormente insolúveis, aproveitando o estranho comportamento das partículas na escala subatômica, e fenômenos quânticos como emaranhamento e superposição. Contudo, controlar precisamente o comportamento das partículas quânticas é uma tarefa gigantesca.

"O que tornaria um computador quântico tão poderoso é sua capacidade de escalar exponencialmente, "disse o co-autor Hugo Lepage, um Ph.D. candidato no Laboratório Cavendish de Cambridge, que realizou o trabalho teórico para o presente estudo. "Em um computador clássico, para dobrar a quantidade de informações, você precisa dobrar o número de bits. Mas em um computador quântico, você só precisa adicionar mais um bit quântico, ou qubit, para dobrar as informações. "

Mês passado, pesquisadores do Google afirmaram ter alcançado a 'supremacia quântica', o ponto em que um computador quântico pode realizar cálculos além da capacidade dos supercomputadores mais poderosos. Contudo, os computadores quânticos que o Google, A IBM e outros estão desenvolvendo são baseados em loops supercondutores, que são circuitos complexos e, como todos os sistemas quânticos, são altamente frágeis.

"A menor flutuação ou desvio corromperá as informações quânticas contidas nas fases e correntes dos loops, "disse Lepage." Esta ainda é uma tecnologia muito nova e a expansão além da escala intermediária pode exigir que baixemos ao nível de uma única partícula. "

Em vez de loops supercondutores, as informações quânticas no computador quântico que Lepage e seus colegas estão inventando usam o 'spin' de um elétron - seu momento angular inerente, que pode ser para cima ou para baixo - para armazenar informações quânticas.

"Aproveitar o spin para alimentar um computador quântico em funcionamento é uma abordagem mais escalonável do que usar a supercondutividade, e acreditamos que o uso de spin pode levar a um computador quântico muito mais robusto, uma vez que as interações de spin são definidas pelas leis da natureza, "disse Lepage.

Usar o spin permite que as informações quânticas sejam mais facilmente integradas aos sistemas existentes. O dispositivo desenvolvido no trabalho atual é baseado em semicondutores amplamente utilizados com algumas pequenas modificações.

O dispositivo, que foi testado experimentalmente pelos coautores de Lepage do Institut Néel, mede apenas alguns milionésimos de metro de comprimento. Os pesquisadores colocaram portas metálicas sobre um semicondutor e aplicaram uma voltagem, que gerou um campo elétrico complexo. Os pesquisadores então direcionaram ondas sonoras de alta frequência sobre o dispositivo, fazendo com que vibre e distorça, como um pequeno terremoto. À medida que as ondas sonoras se propagam, eles prendem os elétrons, empurrando-os através do dispositivo de uma forma muito precisa, como se os elétrons estivessem "surfando" nas ondas sonoras.

Os pesquisadores conseguiram controlar o comportamento de um único elétron com eficiência de 99,5%. “Controlar um único elétron desta forma já é difícil, mas para chegar a um ponto em que possamos ter um computador quântico funcionando, precisamos ser capazes de controlar vários elétrons, que ficam exponencialmente mais difíceis conforme os qubits começam a interagir uns com os outros, "disse Lepage.

Nos próximos meses, os pesquisadores começarão a testar o dispositivo com vários elétrons, o que traria um computador quântico funcional um passo mais perto.