Hoje em dia, a maioria dos qubits é construída em um único estado quântico. Na maioria das vezes, o spin de um elétron, fóton ou átomo é usado para isso, como o fenômeno mais conveniente para controle e manipulação. Mas com o tempo, os problemas de escala nos forçarão a pensar na densificação dos qubits, o que nos forçará a encontrar outros estados quânticos nos qubits e aprender a controlá-los. Como os cientistas descobriram, o antimônio é adequado para aumentar a densidade dos qubits e aqui está o porquê.
Representação artística de estados quânticos multiníveis. Fonte da imagem: UNSW Sydney
Pesquisadores da Universidade de Nova Gales do Sul (UNSW) em Sydney mostraram que um átomo de antimônio (Sb) pode ter 16 estados quânticos simultaneamente. O próprio átomo possui 8 estados quânticos únicos, mais dois são fornecidos por seus elétrons. A combinação de cada um dos estados quânticos do átomo com um e outro estado quântico dos elétrons dá um total de 16 estados quânticos únicos. É como o NAND 3D do futuro, no qual cada célula pode gravar 16 bits de dados.
Além disso, os cientistas determinaram que os estados quânticos dos átomos e elétrons de antimônio podem ser controlados de quatro maneiras diferentes. Isso melhorará o trabalho com qubits e aproximará o surgimento de computadores quânticos universais. Na revista Nature Communications, os pesquisadores publicaram um artigo no qual relataram os resultados alcançados. Assim, os estados quânticos dos elétrons poderiam ser controlados pelas oscilações do campo magnético. Eles controlaram a rotação do núcleo atômico por meio de ressonância magnética, como acontece nos aparelhos de ressonância magnética. Eles também usaram um campo elétrico para controlar o estado do núcleo. E por fim, usando um campo elétrico, é possível controlar os chamados qubits de gatilho, propostos pelos cientistas da UNSW em 2017 (acima no vídeo).
«Estamos investindo em uma tecnologia mais complexa, mais lenta, mas por boas razões, uma das quais é a extrema densidade da informação, será capaz de lidar com isso”, disse a professora Andrea Morello, principal autora do estudo. “Ter 25 milhões de átomos por milímetro quadrado é muito bom, mas é preciso controlá-los um por um. A capacidade de fazer isso usando campos magnéticos, campos elétricos ou qualquer combinação dos dois nos dará muitas opções para usar [todos eles] ao dimensionar o sistema.”
A seguir, a equipe planeja usar esses átomos para codificar qubits lógicos, o que poderia, em última análise, abrir caminho para computadores quânticos mais práticos.
Acrescentemos que os cientistas russos foram os que mais avançaram na criação de qubits multiníveis. Eles foram capazes não apenas de criar, mas também de testar estruturas lógicas em qubits de cinco níveis. Mas isso é outra história.