Molécula desconhecida funciona como qubit para computador quântico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/07/2008

Mapa de densidade de elétrons do material. O vórtex na parte inferior é o átomo de arsênio e a porção maior superior é o mapa da conexão de um elétron a vários átomos, cada ponto representando uma localização
[Imagem: Purdue University image/David E]

Dois computadores quânticos poderiam se comunicar um com o outro instantaneamente, sem depender de nenhuma rede ou conexão de transmissão de dados, seja ela sem fios ou não. E isso aconteceria mesmo se um estivesse na Terra e o outro estivesse no outro lado da galáxia.

Entrelaçamento quântico

Essa possibilidade é teoricamente possível graças ao fenômeno do entrelaçamento quântico, que está na base do funcionamento dos computadores quânticos. Depois de entrelaçadas, tudo o que afetar uma partícula atômica afetará de forma idêntica e imediata a outra, qualquer quer seja a distância que as separe.

Einstein chegou a brincar com isto, dizendo que é como se uma porção de pólvora tivesse algumas moléculas intactas e outras que já explodiram. Até hoje, mesmo para os físicos, alguns comportamentos quânticos são tão difíceis de se compreender quanto de se explicar.

Sonho mais realístico

"Se você quiser construir um computador quântico terá que ser capaz de controlar os estados quânticos," explica o Dr. Gerhard Klimeck, um dos membros de uma equipe que acaba de descobrir justamente como controlar o estado quântico de uma molécula localizada no interior de um transístor semicondutor.

"Pode ser que este desenvolvimento não nos traga um computador quântico 10 anos mais rápido, mas nossos sonhos sobre essas máquinas agora são mais realísticos," diz ele.

Molécula híbrida

A equipe do Dr. Klimeck criou uma molécula híbrida no interior de um semicondutor que pode ter seu estado quântico intencionalmente manipulado pela alteração na tensão do transístor. A manipulação de estados quânticos em um semicondutor é particularmente interessante pela familiaridade que os cientistas têm com esse material, que é a base dos atuais computadores eletrônicos.

Ao poder ser manipulada, a molécula híbrida se transforma em um qubit, o bit do computador quântico.

Ao estudar transistores em nanoescala, os cientistas verificaram que algumas impurezas estavam gerando alterações na corrente elétrica que indicavam que os elétrons estavam sendo transportados por um único átomo. Embora os semicondutores trabalhem normalmente com elementos introduzidos intencionalmente em sua estrutura - os chamados dopantes - esse comportamento não parecia ser causado por nenhum dopante conhecido.

Qubit artificial

Ao refazer o modelo teórico em simulações de computador, os cientistas descobriram que a molécula contém duas partes, uma formada por um átomo de arsênio presente na estrutura do semicondutor e uma parte "artificial", gerada na superfície do material.

Essa parte superficial só tem sua existência revelada quando a corrente elétrica é aplicada, o que faz os cientistas considerarem que ela foi sintetizada durante a construção do material semicondutor de que é feito o transístor - ou seja, ela seria uma estrutura feita pelo homem. "Nós não temos nada equivalente que exista naturalmente no mundo ao nosso redor," diz Klimeck.

Isso é reforçado pelo fato de que a molécula tem sua porção natural, formada pelo arsênio, em formato esférico normal, enquanto a porção artificial é plana, ou seja, é 2-D e não 3-D.

Embora um computador quântico de fato necessite de mecanismos para manipular essas partículas quânticas individualmente, o atual experimento precisa de um aglomerado de 3 milhões de átomos para que o comportamento quântico controlado seja verificado.

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