Os computadores quânticos, dispositivos de computação que aproveitam os princípios da mecânica quântica, poderiam superar a computação clássica em algumas tarefas complexas de otimização e processamento. Nos computadores quânticos, as unidades clássicas de informação (bits), que podem ter o valor 1 ou 0, são substituídas por bits quânticos ou qubits, que podem estar em uma mistura de 0 e 1 simultaneamente.



Até agora, os Qubits foram realizados usando vários sistemas físicos, variando de elétrons a fótons e íons. Nos últimos anos, alguns físicos quânticos têm experimentado um novo tipo de qubits, conhecidos como qubits de spin de Andreev. Esses qubits aproveitam as propriedades de materiais supercondutores e semicondutores para armazenar e manipular informações quânticas.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Delft, liderada por Marta Pita-Vidal e Jaap J. Wesdorp, demonstrou recentemente o acoplamento forte e ajustável entre dois qubits distantes de spin de Andreev. O artigo deles, publicado na Nature Physics , poderia abrir caminho para a realização efetiva de portas de dois qubits entre giros distantes.

"O trabalho recente é essencialmente uma continuação do nosso trabalho publicado no ano passado na Nature Physics ”, disse Christian Kraglund Andersen, autor correspondente do artigo, ao Phys.org. “Neste trabalho anterior, estudamos um novo tipo de qubit chamado qubit de spin de Andreev, que também foi demonstrado anteriormente por pesquisadores de Yale.”

Os qubits de spin de Andreev aproveitam simultaneamente as propriedades vantajosas dos qubits supercondutores e semicondutores. Esses qubits são essencialmente criados pela incorporação de um ponto quântico em um qubit supercondutor.

“Com o novo qubit estabelecido, a próxima questão natural era se poderíamos acoplar dois deles”, disse Andersen. "Um artigo teórico publicado em 2010 sugeriu um método para acoplar dois desses qubits, e nosso experimento é o primeiro a concretizar essa proposta no mundo real."

Como parte do estudo, Andersen e seus colegas fabricaram pela primeira vez um circuito supercondutor. Posteriormente, eles depositaram dois nanofios semicondutores no topo deste circuito usando uma agulha controlada com precisão.

"Da maneira como projetamos o circuito, os circuitos combinados de nanofios e supercondutores criaram dois circuitos supercondutores", explicou Andersen. “A parte especial desses loops é que uma parte de cada loop é um ponto quântico semicondutor. No ponto quântico, podemos capturar um elétron. o elétron preso. Este efeito é interessante, pois nos permite controlar uma supercorrente de bilhões de pares de Cooper com um único giro."

A corrente combinada dos dois loops supercondutores acoplados realizada pelos pesquisadores depende, em última análise, do spin em ambos os pontos quânticos. Isto também significa que os dois spins estão acoplados através desta supercorrente. Notavelmente, este acoplamento também pode ser facilmente controlado, quer através do campo magnético que atravessa os circuitos, quer através da modulação da tensão da porta.

"Demonstramos que podemos realmente acoplar giros em distâncias 'longas' usando um supercondutor", disse Andersen. "Normalmente, o acoplamento spin-spin só acontece quando dois elétrons estão muito próximos. Ao comparar plataformas qubit baseadas em semicondutores com aquelas baseadas em qubits supercondutores, esse requisito de proximidade é uma das desvantagens arquitetônicas dos semicondutores."

Sabe-se que qubits supercondutores são volumosos, ocupando muito espaço dentro de um dispositivo. A nova abordagem introduzida por Andersen e seus colegas permite maior flexibilidade no design de computadores quânticos, ao permitir o acoplamento de qubits a longas distâncias e o seu empacotamento mais próximo.

Este estudo recente poderá em breve abrir novas possibilidades para o desenvolvimento de dispositivos de computação quântica de alto desempenho. Em seus próximos estudos, os pesquisadores planejam estender a abordagem proposta a um número maior de qubits.

“Temos boas razões para pensar que nossa abordagem poderia oferecer avanços arquitetônicos significativos para o acoplamento de múltiplos qubits de spin”, acrescentou Andersen. "No entanto, também existem desafios experimentais. Os atuais tempos de coerência não são muito bons e esperamos que a culpa seja do banho de spin nuclear do semicondutor que usamos (InAs). Portanto, gostaríamos de mudar para uma plataforma mais limpa. , por exemplo à base de germânio, para aumentar os tempos de coerência."