Bit quântico pode ser configurado para guardar ou para processar dados

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/02/2021

Nanofios feitos de germânio e silício conectados por eletrodos conhecidos como portas lógicas (dourado). Tensões aplicadas às portas levam à formação de qubits de spin individuais (setas azuis e vermelhas) que podem ser manipulados por sinais de micro-ondas (pulso azul). Em um modo, o qubit é lento e a informação quântica é mais estável (spin azul). No outro, o qubit pode ser alterado rapidamente (spin vermelho).
[Imagem: Universidade da Basileia/Departmento de Física]

Armazenar ou processar

Um novo tipo de qubit - o bit dos computadores quânticos - oferece uma vantagem até agora imbatível: Ele pode ser configurado eletricamente para assumir um de dois modos bem distintos de comportamento e operação.

No primeiro modo, ele fica estável e armazena dados com confiabilidade; e, no segundo modo, ele fica pronto para efetuar cálculos muito rapidamente, trocando de valores em alta velocidade.

A inovação tira proveito de modo criativo de uma das maiores dificuldades em lidar com os qubits: o fato de que eles são muito frágeis e perdem os dados muito facilmente.

Qubit de spin

Florian Froning e seus colegas das universidades da Basileia (Suíça) e Tecnológica de Eindhoven (Países Baixos) criaram esses qubits versáteis usando "spins de lacunas".

Lacunas são os portadores de cargas positivas, assim como os elétrons são portadores de cargas negativas - uma lacuna surge sempre que um elétron é retirado, o que torna fácil entender o nome da carga positiva, essencialmente a "ausência" de um elétron.

Froning criou as lacunas conforme ele retirava deliberadamente elétrons de uma liga semicondutora de silício e germânio disposta em um fio unidimensional de apenas 20 nanômetros. Assim como um elétron, uma lacuna também tem um spin, ou momento magnético, que pode assumir dois estados, para cima e para baixo - análogo aos valores 0 e 1 nos bits clássicos.

No novo tipo de qubit, esses spins podem ser seletivamente acoplados - por meio de um fóton, por exemplo - a outros spins, ajustando suas frequências ressonantes. Isso é crucial para construir computadores quânticos com um elevado número de qubits.

Qubit de alta velocidade

Em seu modo normal, o qubit pode assumir seu estado de spin de forma muito estável, armazenando seu dado por longos períodos. Mas ele pode então ser chaveado muito rapidamente usando um pulso elétrico.

"O spin pode ser girado de forma coerente, de 'para cima' para 'para baixo' em apenas um nanossegundo. Isso permite até um bilhão de chaveamentos por segundo. A tecnologia de qubit de spin, portanto, já está se aproximando das velocidades de clock dos computadores convencionais de hoje," disse o professor Dominik Zumbuhl, coordenador da equipe.

Mais tópicos