Ponto Quântico em semicondutor traz computador quântico mais próximo da realidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/05/2004

Pontos quânticos em um material semicondutor criaram transistores que também podem ser úteis para a computação quântica.
[Imagem: Albert Chang/Duke]

Transístor de ponto quântico

Uma nova arquitetura de computação, baseada nas leis da mecânica quântica, que permitirá computadores várias vezes mais poderosos do que os atuais, pode estar um passo mais próxima da realidade, graças a uma pesquisa realizada por cientistas das Universidades Purdue e Duke (Estados Unidos).

Conectando um par de pequenas "poças" de elétrons ensanduichados entre camadas de semicondutores, os pesquisadores conseguiram fazer com que esses pontos quânticos se tornassem partes de um transistor - o componente básico nos chips de computadores.

Os computadores do futuro, que utilizarão pontos quânticos para armazenar e processar informação digital, deverão superar os circuitos eletrônicos atuais devido tanto ao menor tamanho dos seus transistores quânticos, quanto ao seu potencial para resolver problemas que levariam séculos para serem solucionados mesmo nas mais modernas máquinas atuais.

"Nós acreditamos que esta pesquisa irá permitir que grandes números de chaves de pontos quânticos funcionem juntas como um grupo, o que é necessário se elas tiverem que funcionar como o cérebro, ou memória, de um computador," afirma Albert M. Chang, participante da pesquisa.

Eletrônica quântica

À medida em que os circuitos dos computadores se tornam menores, os fabricantes se aproximam da época em que as minúsculas chaves liga-desliga - que representam os zeros e uns, ou bits - terão um tamanho comparável a uma única molécula.

Mas, em escalas tão diminutas, as leis da Física clássica, que regem o nosso dia-a-dia, não se aplicam mais. Quem governa o comportamento das minúsculas partículas no interior dos átomos são as leis da Física Quântica.

"Um elétron, por exemplo, pode se comportar como uma partícula ou como uma onda, e ele tem a estranha capacidade para estar em dois estados ao mesmo tempo," explica o Dr. Chang. "Os físicos necessitam de um conjunto diferente de palavras e conceitos para descrever o comportamento de objetos que podem fazer coisas contrárias à intuição. Um conceito que nós usamos é o 'spin' de um elétron, o qual nós podemos imaginar grosseiramente como sendo similar à forma como a Terra gira a cada dia sobre o seu próprio eixo. Mas ele também descreve um tipo de ordenamento que os elétrons devem obedecer na presença de outro elétron: quando dois elétrons ocupam o mesmo espaço, eles devem assumir spins opostos, um elétron com um spin 'para cima' e outro 'para baixo'."

Spin (giro) é uma propriedade que os físicos tentam dominar para criar novas memórias de computadores. Na experiência que acaba de ser publicada na Physical Review Letters, após aprisionar de 40 a 60 "casais" de elétrons em uma pastilha semicondutora de arseneto de gálio e arseneto de gálio-alumínio, os pesquisadores adicionaram um único elétron ao ponto quântico. Este elétron extra disseminou um spin livre para toda a poça de elétrons, o que os físicos chamam de ponto quântico. Os cientistas então construíram um segundo ponto quântico próximo ao primeiro, com o mesmo spin livre.

"Quando isolamos um do outro, os dois spins não podiam encontrar pares entre si," explica Chang. "Mas nós temos um método especial de 'sintonizar' o sistema de dois pontos quânticos de forma que, apesar dos spins similares, os dois elétrons solteiros se tornassem entrelaçados - eles começaram a interagir um com o outro."

Entrelaçamento

Os cientistas utilizaram oitos pequenos fios convergentes, ou portas, para depositar os elétrons um a um. As portas foram utilizadas para fazer a sintonia fina que permitiu que os pontos quânticos viessem a se entrelaçar.

O entrelaçamento é uma propriedade fundamental nos futuros computadores quânticos. Ela permite que os bits quânticos, ou qubits, possam assumir valores 0 e 1 ao mesmo tempo. Isto permitirá que as operações, ao invés de serem feitas seqüencialmente como nos computadores atuais, sejam feitas paralelamente.

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