Os cientistas conseguiram “congelar” as ondas de calor em um sólido – isso ajudará na criação de computadores quânticos

Hoje, um dos principais problemas da computação quântica é a extrema instabilidade dos qubits, cujos estados são destruídos em questão de milissegundos. Para mantê-los estáveis, o resfriamento até temperaturas criogênicas é usado, mas isso não resolve completamente o problema. Um novo estado da matéria pode salvar a situação, os cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts têm certeza, e conduziram uma experiência bem-sucedida para demonstrar a solução.

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De acordo com a teoria proposta em 1958 pelo físico americano Poul William Anderson, em sistemas quânticos altamente desordenados, a localização de muitos corpos (MBL) pode surgir, por exemplo, um agrupamento de elétrons ou átomos, cuja propriedade principal é a propagação de energia para fora.

Esses grupos e a matéria como um todo deixam de obedecer às leis da termodinâmica, segundo as quais a matéria deve entrar em equilíbrio térmico com o meio ambiente. Em outras palavras, os grupos locais não interagem com nada e permanecem em um estado de não-equilíbrio condicionalmente indefinidamente. Esta é uma solução ideal para qubits, mas havia problemas com a confirmação física de tais fenômenos.

Como a energia térmica, como outros tipos de energia, se propaga em ondas, foi proposto criar um sistema de armadilhas para ondas, evitando que elas se espalhem para além das zonas de localização. Tal experimento foi realizado para redes ópticas com um sistema de lasers, mas a realização do fenômeno MBL em sólidos permaneceu não comprovada. Mas hoje tudo mudou. Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts encontraram sinais de MBL em um sistema de semicondutores de “estado sólido”.

Os cientistas criaram uma estrutura multicamadas de 600 camadas semicondutoras, onde cada camada tinha 3 nm de espessura, de modo que o calor se espalha em apenas um plano e pode ser facilmente detectado. A estrutura alternou entre camadas de arseneto de alumínio e arsenieto de gálio. Muitos nanopontos de arsenieto de érbio de 2 nm foram espalhados entre as camadas para criar o caos – simulando um sistema quântico altamente desordenado. Para os experimentos, foram criadas três estruturas: sem nanopontos, com 8% de nanopontos em cada camada e com 25% de nanopontos em cada camada. Assim, os cientistas fizeram uma superrede de estado sólido, entre os nós dos quais esperavam obter o efeito de ondas de calor “congelantes”.

No decorrer do experimento, os centros de localização de muitos corpos, cuja energia térmica ultrapassava a energia térmica do ambiente e não fluía para fora, foram pesquisados ​​por meio de raios-X. E esses focos foram encontrados. De fato, havia áreas no material que permaneceram em um estado de não equilíbrio e não reagiram à temperatura do ambiente externo. Trabalhos futuros nessa direção podem ajudar a criar computadores quânticos com qubits muito estáveis, o que tornará os computadores quânticos mais simples e confiáveis.