O silício aproxima a computação quântica – cientistas americanos alcançaram a maior precisão de qubits de spin

Implementações modernas de computadores quânticos são como lustres feitos de cromo, cristal e ouro – parece rico, mas do ponto de vista prático não é bom. Tais estruturas não são escaláveis ​​e são extremamente caras tanto para fabricar quanto para operar. Mais promissoras são as armadilhas de íons (átomos com carga), bem como os qubits de spin, que podem ser criados a partir de elétrons únicos.

Fonte da imagem: Adam Mills, Universidade de Princeton

«Há muito espaço lá embaixo”, disse o físico americano Richard Feynman sobre microeletrônica. Spin qubits baseados em elétrons únicos parecem ser possíveis de escalar até milhares e milhões de qubits em um único processador quântico, que não será do tamanho de uma casa ou ocupará um andar ou mesmo um cômodo. Por exemplo, a Intel, outras empresas e muitas equipes de pesquisa ao redor do mundo estão seguindo esse caminho. Cada novo trabalho convence cada vez mais o mundo científico de que os semicondutores e, em particular, o silício, dão esperança para o surgimento de processadores quânticos baseados em uma base industrial moderna.

Um novo estudo realizado por cientistas da Universidade de Princeton mostrou que operar com qubits de spin pode atingir a maior precisão, ou seja, 99,8%. Trabalhos anteriores mostraram uma precisão não superior a 90%, o que limitou severamente os cálculos quânticos e forçou a criação de soluções complexas para compensar o erro. Físicos da Universidade de Princeton criaram um circuito no qual um par de elétrons fica emaranhado e permanece ligado enquanto é manipulado.

Graças ao sistema de eletrodos, com a ajuda de potenciais verificados, os cientistas conseguiram reunir elétrons em dois pontos quânticos vizinhos e, assim, enredá-los – dotá-los da mesma função de onda (quântica). Os spins dos elétrons agem como dipolos magnéticos, alinhando-se ao longo das linhas do campo magnético. Como o spin é uma das características quânticas de um elétron, ele obedece às leis da física quântica. Nesse caso, o spin pode estar em estado de superposição – ser condicional 0 e 1 ao mesmo tempo, o que acelera exponencialmente os cálculos.

Físicos da Universidade de Princeton foram capazes de preparar um par desses qubits em um único dispositivo de silício, operá-los e contar estados, tudo com precisão anteriormente inimaginável. Resta apenas apresentar a solução em maior escala, o que, no entanto, exigirá muitos novos estudos.