Cientistas do Instituto de Pesquisa Científica e Industrial (SANKEN) da Universidade de Osaka, em colaboração com o Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá (NRC), desenvolveram um ponto quântico de arseneto de gálio (GaAs) que pode prender elétrons individuais. Ao controlar a orientação cristalográfica do substrato, a equipe de pesquisa espera otimizar a conversão de fótons em elétrons polarizados por spin. Esse trabalho pode ajudar a tornar as redes quânticas mais práticas, especialmente para criptografar dados seguros.
Cada computador ou tablet que você possui é baseado em cálculos usando a carga de elétrons. Embora os dispositivos eletrônicos atuais tenham alcançado feitos surpreendentes de velocidade de processamento enquanto se tornam cada vez menores, existe a possibilidade de que os fabricantes possam algum dia chegar a limites fundamentais do que pode ser feito usando métodos convencionais. Uma alternativa promissora é utilizar também o momento magnético intrínseco dos elétrons, chamado de "spin". Como esses giros podem ser colocados em uma superposição de ambos para cima e para baixo simultaneamente, isso abre caminho para computadores quânticos que podem resolver certos problemas muito mais rapidamente do que o hardware atual. O spin também pode ser usado como meio de comunicação quântica, transferindo informações quânticas com luz. Mas esse processo de transferência de informações para o spin de elétrons extremamente pequenos é desafiador e precisa ser realizado com eficiência.

Agora, uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade de Osaka realizou o primeiro circuito de pontos quânticos controlado por portão GaAs do mundo em uma superfície orientada (110) que promete aumentar a eficiência de conversão de spin fóton-elétron (veja a Fig.1). Isso tem o efeito de codificar a informação quântica dos fótons incidentes nos spins dos elétrons. “Acreditamos que nossa pesquisa é a primeira demonstração de um circuito de ponto quântico definido por portão que também possui recursos de detecção de carga, usando essa orientação específica de um substrato de GaAs”, diz o primeiro autor Tomohiro Nakagawa.

A conversão de spin fóton-elétron é realizada excitando um elétron e um buraco através da absorção de um fóton. Embora existam dois tipos de buracos, pesados ​​e leves, convencionalmente apenas buracos leves em circuitos de pontos quânticos de GaAs em superfícies orientadas (001). Devido à maneira como o buraco interage com a rede cristalina de GaAs, o fator g, que ajuda a determinar o momento magnético resultante do spin, pode efetivamente ser diferente em diferentes orientações criptográficas. Esse recurso permite a conversão eficiente de informações quânticas usando um estado de buraco pesado, que costumava ser impossível para substratos convencionais. No futuro, isso pode fazer parte de um protocolo para enviar chaves secretas quânticas indecifráveis ​​para proteger dados confidenciais. “Uma aplicação do nosso trabalho pode ser a comunicação criptográfica quântica absolutamente segura a longas distâncias”, diz o autor correspondente Akira Oiwa.

Este trabalho foi realizado como parte de uma forte colaboração internacional com o NRC. "Reunir expertise, know-how e instalações complementares pode acelerar muito o ritmo de trabalho em direção aos objetivos comuns de ambos os grupos, neste caso, o desenvolvimento de redes quânticas. A colaboração internacional será vital para o avanço das tecnologias de redes quânticas ao longo nas próximas décadas", diz o Diretor de Pesquisa Sênior do NRC, David G. Austing. + Explorar mais

Uma nanoantena para comunicação ultra-segura e de longa distância