Computadores quânticos, com suas promessas de criar novos materiais e resolver problemas matemáticos intratáveis, são um sonho de muitos físicos. Agora, eles estão se aproximando lentamente de uma realização viável em muitos laboratórios em todo o mundo. Mas ainda existem enormes desafios a serem superados. Um ponto central é a construção de bits quânticos estáveis ​​- a unidade fundamental da computação quântica, chamado de "qubit" para breve - que pode ser conectado em rede.

Em um estudo publicado em Materiais da Natureza e liderado por Daniel Jirovec do grupo Katsaros no IST Áustria em estreita colaboração com pesquisadores do Centro Interuniversitário L-NESS em Como, Itália, cientistas agora criaram um sistema candidato novo e promissor para qubits confiáveis.

Ausência giratória

Os pesquisadores criaram o qubit usando o spin dos chamados buracos. Cada buraco é simplesmente a ausência de um elétron em um material sólido. Surpreendentemente, uma falta, partícula carregada negativamente pode ser tratada fisicamente como se fosse uma partícula carregada positivamente. Ele pode até mesmo se mover no sólido quando um elétron vizinho preenche o buraco. Assim, efetivamente, o buraco descrito como partícula carregada positivamente está se movendo para a frente.

Esses buracos ainda carregam a propriedade mecânica quântica de spin e podem interagir se se aproximarem. "Nossos colegas do L-NESS colocaram camadas de várias misturas diferentes de silício e germânio com apenas alguns nanômetros de espessura um sobre o outro. Isso nos permite confinar os orifícios à camada rica em germânio no meio, "Jirovec explica." No topo, adicionamos minúsculos fios elétricos - os chamados portões - para controlar o movimento dos orifícios aplicando voltagem a eles. Os orifícios carregados eletricamente positivamente reagem à voltagem e podem ser movidos com extrema precisão dentro de sua camada. "

Usando este controle de escala nano, os cientistas moveram dois orifícios próximos um do outro para criar um qubit a partir de seus giros em interação. Mas para fazer isso funcionar, eles precisavam aplicar um campo magnético a toda a configuração. Aqui, sua abordagem inovadora entra em jogo.

Linking Qubits

Em sua configuração, Jirovec e seus colegas não apenas movem os buracos, mas também alteram suas propriedades. Ao projetar diferentes propriedades de furo, eles criaram o qubit a partir dos dois giros de orifícios interagentes usando menos de dez militesla de força do campo magnético. Este é um campo magnético fraco em comparação com outras configurações de qubit semelhantes, que empregam campos pelo menos dez vezes mais fortes.

Mas por que isso é relevante? "Usando nossa configuração de germânio em camadas, podemos reduzir a força do campo magnético necessária e, portanto, permitir a combinação de nosso qubit com supercondutores, geralmente inibido por fortes campos magnéticos, "Jirovec diz. Supercondutores - materiais sem qualquer resistência elétrica - suportam a ligação de vários qubits devido à sua natureza quântica. Isso poderia permitir aos cientistas construir novos tipos de computadores quânticos combinando semicondutores e supercondutores.

Além das novas possibilidades técnicas, esses qubits de spin de buraco parecem promissores por causa de sua velocidade de processamento. Com até cem milhões de operações por segundo, bem como sua longa vida útil de até 150 microssegundos, eles parecem particularmente viáveis ​​para a computação quântica. Usualmente, há uma troca entre essas propriedades, mas este novo design traz as duas vantagens juntas.