10 bilhões de bits quânticos são entrelaçados em silício

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/01/2011

Ilustração do spin do núcleo do fósforo entrelaçado com o spin de seu elétron. Os estados entrelaçados são chamados inseparáveis, já que é impossível descrever o estado do spin nuclear sem descrever também o estado do spin eletrônico.
[Imagem: Simmons et al.]

Um grupo internacional de cientistas deu um passo significativo no campo da computação quântica.

Eles produziram o entrelaçamento de nada menos do que 10 bilhões de bits.

A melhor notícia, contudo, é que o experimento foi feito em silício pela primeira vez.

Fósforo e silício

Os pesquisadores usaram fortes campos magnéticos e baixas temperaturas para produzir o entrelaçamento entre o elétron e o núcleo de um átomo de fósforo incorporado em um cristal de silício altamente purificado.

O elétron e o núcleo se comportam como um ímã minúsculo, o que se revela sem sua propriedade chamada spin. Cada orientação do spin pode representar um bit de informação quântica.

Adequadamente controlados, esses spins podem interagir uns com os outros para atingirem um estado entrelaçado, ou emaranhado - o estado mais básico, que não pode ser imitado por um computador convencional.

"A chave para gerar o emaranhamento foi primeiro alinhar todos os spins usando fortes campos magnéticos e baixas temperaturas," explicou Stephanie Simmons, da Universidade de Oxford, que fez os experimentos. "Uma vez feito isso, os spins podem ser postos para interagir uns com os outros usando micro-ondas e pulsos de radiofrequência cuidadosamente temporizados, a fim de criar o emaranhamento."

Computador quântico de silício

O trabalho tem implicações importantes para a integração da computação quântica com a tecnologia atual, uma vez que utiliza átomos dopantes no silício, a base do computador moderno.

"Criar 10 bilhões de pares emaranhados em silício com alta fidelidade é um passo importante para nós," comenta o Dr. John Morton, da Universidade de Oxford, que liderou a equipe. "Nós precisamos agora lidar com o desafio de acoplar esses pares para construir um computador quântico escalável em silício.

O procedimento foi aplicado em paralelo com um grande número de átomos de fósforo.

O fósforo tornou-se a estrela das pesquisas com computação quântica nos últimos anos, rapidamente se estabelecendo como o material mais promissor na área graças aos resultados muito significativos:

• Cientistas criam leitor de elétrons individuais
• Transistor de sete átomos avança rumo ao computador quântico
• Transístor atômico faz ponte entre computação eletrônica e quântica
• Computador quântico: já é possível ler dados armazenados como spins

Este é o minúsculo cristal de silício dopado com fósforo, onde os 10 bilhões de bits quânticos foram entrelaçados.
[Imagem: Stephanie Simmons]

Incerteza clássica e incerteza quântica.

Por sua vez, o entrelaçamento quântico tem sido reconhecido como um ingrediente-chave na construção de novas tecnologias que exploram as propriedades quânticas.

O entrelaçamento, ou emaranhamento, descrito por Einstein como "ação fantasmagórica à distância", é o ingrediente-chave que promete tornar os computadores quânticos mais poderosos que os dispositivos de computação convencional.

Quando dois objetos estão entrelaçados é impossível descrever um sem descrever também o outro, e a medição de um irá também revelar informações sobre o outro mesmo que os dois objetos estejam separados por milhares de quilômetros.

Criar um entrelaçamento verdadeiro envolve cruzar a barreira entre a incerteza ordinária encontrada na nossa vida cotidiana e as estranhas incertezas do mundo quântico.

Por exemplo, ao lançar uma moeda, há uma chance de 50% que dê cara e de 50% que dê coroa - você se depara com uma "incerteza clássica".

Ninguém iria apostar que a moeda possa cair com a cara e a coroa viradas para cima ao mesmo tempo. Mas, quando se trata de um objeto quântico, como o spin de um elétron, essa "incerteza quântica" está sempre presente - e o fato das duas coisas acontecerem simultaneamente realmente acontece.

• Descoberta conexão surpreendente entre fenômenos quânticos

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