Físicos dão um novo passo em direção à realização de qubits para computadores quânticos

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Esquerda: Imagem esquemática da molécula produzida pelo homem. As moléculas de monóxido de carbono (preto) forçam os elétrons em determinadas posições a criar uma molécula artificial que consiste em átomos a granel (verde), de borda (amarelo) e de canto (azul). Direita: Os elétrons na molécula localizam nos cantos altos picos). Crédito: Universidade de Utrecht

Um grupo de físicos em Utrecht, San Sebastián e Pensilvânia criou uma nova molécula artificial que isola o interior, mas possui estados eletrônicos localizados em seus cantos. Esses estados têm energia zero e, por esse motivo, são resistentes a defeitos na molécula e podem ser usados ​​como qubits em computadores quânticos. Os resultados foram publicados na Nature Materials em 23 de setembro.

A professora Cristiane Morais Smith, da Universidade de Utrecht, explica: "Existem alguns grandes desafios no desenvolvimento de computadores quânticos. Um dos principais problemas é a descoerência quântica: as informações são perdidas no ambiente. Isso torna mais difícil projetar eletrônicos no sistema quântico. do que no nível clássico. É por isso que criamos elétrons que são resistentes à decoerência quântica ".

Criando moléculas artificiais

O físico teórico Sander Kempkes diz: "Moléculas normais que podem ser encontradas na natureza geralmente têm propriedades interessantes, mas leva muito tempo para encontrar uma que tenha exatamente as propriedades que você gostaria. É por isso que levamos o assunto para nossas próprias mãos". Os pesquisadores criaram moléculas artificiais de baixo para cima usando apenas um microscópio de varredura por tunelamento, uma amostra de cobre e um monte de moléculas de monóxido de carbono , que são colocadas um nanômetro um do outro.

Os pesquisadores foram capazes de criar modos de canto muito robustos, protegidos por simetrias da molécula. Assim como você não pode se livrar de um buraco em um anel, a menos que o corte, esses modos de canto não podem ser alterados sem causar danos drásticos ao sistema. Devido à maneira extremamente precisa e controlada de criar a molécula na escala nanométrica, os pesquisadores conseguiram verificar a resiliência a defeitos desses modos zero localizados nos cantos da molécula. Embora esses modos ainda não estejam prontos para serem usados ​​como bits quânticos, é um passo importante na direção de criá-los em sistemas artificiais.

Teste padrão de Kagome em uma cesta tecida. Crédito: Faculdade de Ciências da Universidade de Utrecht

Padrão japonês

Os pesquisadores foram inspirados no chamado padrão kagome, um padrão de ladrilhos originário do Japão e composto por triângulos e hexágonos. Existem alguns materiais reais que têm essa forma específica, mas não exatamente da maneira que os pesquisadores procuravam. É por isso que os físicos teóricos projetaram uma nova molécula de kagome no computador, após o que os físicos experimentais no laboratório de Ingmar Swart e Daniel Vanmaekelbergh realizaram experimentalmente a molécula. Anteriormente, eles usavam as mesmas técnicas para criar redes eletrônicas relacionadas a supermateriais e fractais quânticos .

Bolinho de estanho

O físico experimental Marlou Slot diz: "Manipular uma molécula de monóxido de carbono pode ser pensado como deslizar uma rainha em um tabuleiro de xadrez na escala nanométrica, usando uma agulha em vez do dedo".

Todo o procedimento é como criar uma lata de muffin invertida com a geometria desejada para os elétrons flutuando. O "muffin tin" força os elétrons a uma forma particular, embora a analogia do cozimento não deva ser tomada literalmente demais, porque o experimento ocorre a -269 graus Celsius.

Físicos constroem forma fractal de elétrons

Mais informações: SN Kempkes et al. Modos robustos de energia zero em um isolador topológico eletrônico de ordem superior, Nature Materials (2019). DOI: 10.1038 / s41563-019-0483-4

Informações da revista: Nature Materials

Fornecido pela Faculdade de Ciências da Universidade de Utrecht

Fonte: Physic.Org / por Maartje Kouwen, Faculdade de Ciências da Universidade de Utrecht / 25-09-2015

https://phys.org/news/2019-09-physicists-qubits-quantum.html

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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).

Membro da Society for Science andthePublic (SSP) e assinante de conteúdoscientíficos da NASA (NationalAeronauticsand Space Administration) e ESA (European Space Agency).

Participa do projeto S`CoolGroundObservation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (CloudsandEarth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The GlobeProgram / NASA GlobeCloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela NationalOceanicandAtmosphericAdministration (NOAA) e U.S DepartmentofState.

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