Comparados com os bits convencionais, os bits quânticos (qubits) são muito mais frágeis e podem perder seu conteúdo de informação muito rapidamente. O desafio para a computação quântica é, portanto, manter os qubits sensíveis estáveis por um período prolongado de tempo, enquanto, ao mesmo tempo, encontra maneiras de realizar operações quânticas rápidas. Agora, físicos da Universidade de Basel e TU Eindhoven desenvolveram um qubit comutável que deve permitir que os computadores quânticos façam as duas coisas.
O novo tipo de qubit tem um estado estável, mas lento, adequado para armazenar informações quânticas. No entanto, os pesquisadores também foram capazes de mudar o qubit para um modo de manipulação muito mais rápido, mas menos estável, aplicando uma tensão elétrica. Nesse estado, os qubits podem ser usados para processar informações rapidamente.
Acoplamento seletivo de spins individuais
Em seu experimento, os pesquisadores criaram os qubits na forma de 'spins de buraco'. Eles são formados quando um elétron é deliberadamente removido de um semicondutor, e o buraco resultante tem um spin que pode adotar dois estados, para cima e para baixo - análogo aos valores 0 e 1 nos bits clássicos. No novo tipo de qubit, esses spins podem ser seletivamente acoplados - por meio de um fóton, por exemplo - a outros spins sintonizando suas frequências ressonantes.
Esta capacidade é vital, uma vez que a construção de um computador quântico poderoso requer a habilidade de controlar e interconectar seletivamente muitos qubits individuais. A escalabilidade é particularmente necessária para reduzir a taxa de erro em cálculos quânticos.
Manipulação de rotação ultrarrápida
Os pesquisadores também foram capazes de usar o interruptor elétrico para manipular os qubits de spin em velocidade recorde. "O spin pode ser alterado de forma coerente de cima para baixo em apenas um nanossegundo", disse o líder do projeto, Professor Dominik Zumbühl, do Departamento de Física da Universidade de Basel. "Isso permitiria até um bilhão de interruptores por segundo. A tecnologia Spin qubit, portanto, já está se aproximando das velocidades de clock dos computadores convencionais de hoje."
Para seus experimentos, os pesquisadores usaram um nanofio semicondutor feito de silício e germânio. Produzido na TU Eindhoven, o fio tem um diâmetro minúsculo de cerca de 20 nanômetros. Como o qubit é, portanto, também extremamente pequeno, deveria, em princípio, ser possível incorporar milhões ou mesmo bilhões desses qubits em um chip.
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