A startup australiana Diraq publicou um artigo na revista Nature Communications no qual comprovou pela primeira vez a possibilidade de produzir processadores quânticos de silício baseados em qubits de spin de elétrons. Pesquisadores do Diraq provaram que os qubits de spin que eles criaram são consistentes com a teoria quântica. A prova é obtida violando a desigualdade de Bell, o que confirma a verdadeira natureza quântica do par de elétrons emaranhados — sua não localidade.
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Em um artigo de 1935 de Einstein, Podolsky e Rosen, os autores relataram a descoberta de um estado “assustador” de emaranhamento que eles não conseguiam explicar. Eles sugeriram que a teoria quântica que havia sido criada naquela época poderia estar incompleta e que as partículas poderiam ter parâmetros ocultos. Isso é chamado de realismo local. Enquanto isso, os pares EPR de partículas entrelaçadas exibiam exatamente a “estranheza” da qual Einstein falava: eles respondiam instantaneamente às medições do estado de uma delas, independentemente da distância. Para o criador da teoria da relatividade, com seu postulado da velocidade máxima da luz, isso parecia impensável.
Em 1964, o físico John Bell desenvolveu uma maneira de testar pares EPR em busca de parâmetros ocultos. Ele propôs equações que, quando violadas, demonstravam propriedades quânticas, sendo descritas por uma função de onda e exibindo não localidade. Caso contrário, o sistema era considerado clássico e obedecia às leis da física comum, incluindo a relatividade geral. Como os cálculos e experimentos em mecânica quântica dão resultados que concordam com até 12 casas decimais, a matemática quântica é geralmente considerada absolutamente confiável. No mundo quântico, o comportamento das partículas corresponde aos cálculos realizados.
Para pares de fótons que têm spin e polarização (essas também são propriedades quânticas), os primeiros experimentos sobre a violação da desigualdade de Bell foram realizados no final da década de 1970 e início da década de 1980. Para elétrons, de acordo com o artigo dos australianos, experimentos semelhantes ainda não foram conduzidos em silício na configuração proposta. Em outras palavras, a natureza quântica dos qubits de silício ainda não foi formalmente comprovada.
Vale destacar que a Diraq, uma startup fundada em 2022, surgiu de um forte ambiente acadêmico: a Universidade de New South Wales (UNSW), em Sydney. Muitos grupos de pesquisa nesta universidade estão trabalhando em plataformas quânticas baseadas em qubits de spin. Diraq tem uma vasta experiência, conhecimento e portfólio de patentes.
A startup está desenvolvendo um transistor de efeito de campo de silício modificado que pode controlar um único elétron, ou mais precisamente, seu spin. A tecnologia para produzir tais transistores e processadores foi chamada de SiMOS (silício-óxido metálico-semicondutor) por analogia ao CMOS. A tecnologia de processo SiMOS é implementada no mesmo equipamento industrial usado para produzir transistores e processadores convencionais. De acordo com os desenvolvedores, cada um desses transistores pode ser um qubit. É óbvio que tal plataforma escala perfeitamente para milhões e milhões de qubits.
Em seu trabalho, Diraq demonstrou uma violação da desigualdade de Bell com o resultado S = 2,731. Este valor excede o limite clássico (S ≤ 2), confirmando a presença de emaranhamento quântico e correlações não locais entre qubits. O sistema também demonstrou uma fidelidade do estado de Bell superior a 97% sem correção de erros. Isso significa que qubits em um estado emaranhado mantêm sua natureza quântica com altíssima precisão, o que é essencial para a computação quântica. O sistema operou a uma temperatura relativamente alta de 1,1 K, que é cerca de 20 vezes maior que a dos qubits supercondutores convencionais.
Andrew Dzurak, CEO da Diraq, comentou sobre os resultados da pesquisa: “O emaranhamento é talvez a propriedade mais profunda da mecânica quântica e a base fundamental para computadores quânticos e vantagens quânticas. Utilizando ferramentas de última geração para manipular qubits de spin de elétrons em pontos quânticos SiMOS e melhorar seu desempenho, nossa equipe na Diraq quebrou a desigualdade de Bell, demonstrando a verdadeira natureza quântica dos estados emaranhados. Acreditamos que esta seja a primeira criação mundial de qubits de spin de elétrons em pontos quânticos, e este sucesso demonstra a maturidade do processamento de dados quânticos baseado em spin em silício.”