Cientistas criam leitor de elétrons individuais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/10/2010

Um único átomo de fósforo - esfera vermelho circundada pela nuvem azul de elétrons - acoplado a um transístor de silício de elétron único, compondo uma leitura direta do spin de um único átomo de fósforo. No detalhe, o componente real e seu esquema de ligação.
[Imagem: William Algar-Chuklin/UNSW/Morello et al/Nature]

Culminando um esforço de 10 anos de pesquisas, um grupo de engenheiros e físicos da Universidade de Nova Gales do Sul, na Austrália, criou um dos principais componentes necessários para viabilizar um computador quântico baseado no silício.

Leitura e escrita de bits quânticos

Os computadores quânticos prometem aumentos exponenciais na velocidade do processamento usando o "spin" de elétrons individuais, em vez da enxurrada de elétrons consumida em cada bit processado pelos computadores atuais.

Para isso, o computador quântico precisará tanto de uma maneira de mudar o estado do spin (escrevendo o dado), quando de medir esse estado (lendo o dado).

Ao criar o leitor de um único elétron, a equipe dos professores Andrea Morello e André Dzurak tornou possível pela primeira vez a medição do spin de um elétron em um experimento único usando componentes à base de silício.

A equipe inclui também pesquisadores da Universidade de Melbourne e da Universidade de Aalto, na Finlândia.

"Nosso dispositivo detecta o estado do spin de um único elétron em átomos individuais de fósforo implantados em um bloco de silício. O estado de spin do elétron controla o fluxo de elétrons em um circuito associado," explica Morello.

Medindo o fluxo dos elétrons nesse circuito - na verdade um transístor de um único átomo - é possível ler o spin do elétron.

Computador quântico de silício

O uso do silício, em vez de aparatos ópticos ou materiais mais exóticos, torna mais factível a integração do componente em um futuro computador quântico que seja mais simples, escalável e cuja produção em massa seja factível.

A ideia de construir um computador quântico à base de silício, agora conhecido como "computador quântico de Kane", nasceu nesta mesma universidade, levando o nome do criador do projeto, Bruce Kane - veja mais em Computador quântico: já é possível ler dados armazenados como spins.

Em 2006, Christoph Boehme e seus colegas da Universidade de Utah, nos Estados Unidos, conseguiram ler o spin de aglomerados contendo 10.000 átomos de fósforo incorporados no silício.

Agora, os pesquisadores conseguiram ler o spin de elétrons individuais, a última fronteira nessa "cabeça de leitura" quântica.

"Após uma década de trabalho tentando construir esse qubit de um único átomo, este é um momento muito especial," disse o professor Dzurak.

Processamento quântico

Agora que a equipe criou um leitor de um único elétron, eles estão trabalhando para concluir rapidamente uma forma de "escrever" o spin de um único elétron, e combinar os dois.

A seguir, eles vão combinar pares desses dois componentes para criar uma porta lógica de 2 bits - a unidade básica de processamento de um computador quântico.

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