Um novo estudo indica buracos na solução para o trade-off de velocidade / coerência operacional, potencial de aumento de qubits para um computador mini-quântico.

Prevê-se que os computadores quânticos sejam muito mais poderosos e funcionais do que os computadores "clássicos" de hoje.

Uma maneira de fazer um bit quântico é usar o 'spin' de um elétron, que pode apontar para cima ou para baixo. Para tornar os computadores quânticos o mais rápidos e eficientes possível, gostaríamos de operá-los usando apenas campos elétricos, que são aplicados usando eletrodos comuns.

Embora o spin normalmente não "converse" com os campos elétricos, em alguns materiais os spins podem interagir com campos elétricos indiretamente, e esses são alguns dos materiais mais interessantes atualmente estudados na computação quântica.

A interação que permite que os spins se comuniquem com os campos elétricos é chamada de interação spin-órbita, e remonta à teoria da relatividade de Einstein.

O medo dos pesquisadores de computação quântica é que, quando essa interação é forte, qualquer ganho na velocidade de operação seria compensado por uma perda de coerência (essencialmente, quanto tempo podemos preservar a informação quântica).

"Se os elétrons começarem a falar com os campos elétricos que aplicamos no laboratório, isso significa que eles também estão expostos a indesejáveis, campos elétricos flutuantes que existem em qualquer material (genericamente chamado de "ruído") e as informações quânticas frágeis desses elétrons seriam destruídas, "diz A / Prof Dimi Culcer (UNSW / FLEET), que liderou o estudo do roteiro teórico.

"Mas nosso estudo mostrou que esse medo não se justifica."

"Nossos estudos teóricos mostram que uma solução é alcançada usando furos, que pode ser considerada como a ausência de um elétron, comportando-se como elétrons carregados positivamente. "

Desta maneira, um bit quântico pode ser tornado robusto contra flutuações de carga decorrentes do fundo sólido.

Além disso, o 'ponto ideal' em que o qubit é menos sensível a esse ruído é também o ponto em que pode ser operado mais rapidamente.

"Nosso estudo prevê que tal ponto existe em cada bit quântico feito de buracos e fornece um conjunto de diretrizes para que os experimentalistas alcancem esses pontos em seus laboratórios, "diz Dimi.

Alcançar esses pontos facilitará os esforços experimentais para preservar as informações quânticas pelo maior tempo possível. Isso também fornecerá estratégias para 'escalar' bits quânticos - ou seja, construir um 'array' de bits que funcionaria como um mini-computador quântico.

"Esta previsão teórica é de importância fundamental para aumentar a escala dos processadores quânticos e os primeiros experimentos já foram realizados, "diz o professor Sven Rogge do Centro de Computação Quântica e Tecnologia de Comunicação (CQC2T)."

"Nossos experimentos recentes em qubits de buraco usando aceitadores em silício já demonstraram tempos de coerência mais longos do que esperávamos, "diz o A / Prof Joe Salfi, da University of British Columbia." É encorajador ver que essas observações repousam sobre uma base teórica sólida. As perspectivas de qubits de buraco são realmente brilhantes. "

O papel, "Pontos de operação ideais para ultrarrápidos, qubits de spin-órbita de buraco Ge altamente coerentes, "foi publicado na revista Nature Partner npj Quantum Information em abril de 2021.