Qubit eletrônico: interface estável entre mundos clássico e quântico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/08/2012

Os elétrons (vermelho) do eletrodos saltam para a molécula, lendo o spin eletrônico (laranja) e o spin nuclear (verde).
[Imagem: C. Grupe/KIT]

Interface quântico-clássico

Os computadores quânticos parecem estar finalmente rompendo a casca do ovo, dando as primeiras olhadelas nos problemas reais, como o dobramento das proteínas e cálculos criptográficos.

Como se viu nestes dois casos recentes, o grande desafio é isolar os qubits da interferência externa.

Por mais isolados do ambiente que sejam, contudo, não se pode prescindir de ler e alterar os qubits - e a leitura e a escrita são sempre os momentos mais traumáticos, já que representam uma "interferência" por excelência.

Agora, pesquisadores alemães conseguiram pela primeira vez ler o estado quântico de um átomo diretamente, usando eletrodos metálicos.

Esta é a primeira demonstração de uma interface estável entre o mundo clássico e o mundo quântico.

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"Normalmente, todo contato com o mundo externo altera a informação em um sistema mecânico-quântico de uma forma completamente descontrolada," explica o professor Mario Ruben, do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe. "Por isso precisamos manter o estado quântico estável e protegido. Por outro lado, a informação precisa ser lida de forma controlada para que ela possa ser usada."

Qubit encouraçado

A solução veio pelo uso de complexas moléculas magnéticas, que possuem em seu centro um átomo metálico com forte momento magnético - ou spin - que funciona como unidade de memória do qubit.

O átomo é circundado por moléculas orgânicas que o protegem das interferências externas.

"Quanto sintetizamos essa câmara protetora, nós definimos exatamente o quanto o átomo pode ver do mundo exterior," explica Ruben.

O qubit completo é um átomo de térbio, protegido por uma couraça de cerca de 100 átomos de carbono, nitrogênio, oxigênio e hidrogênio, tudo devidamente alojado entre dois eletrodos de ouro.

Devido às propriedades das moléculas, os eletrodos metálicos têm um efeito similar ao dos três canais de um transístor.

Assim, quando a molécula é exposta a um campo magnético variável, a alteração do spin do átomo de térbio reflete-se na amplitude da corrente que flui pela molécula.

"Medindo o fluxo da corrente, nós descobrimos que o spin nuclear do átomo de metal fica estável por até 20 segundos," disse Ruben. "Para processos da mecânica quântica, isso é um tempo muito longo."

De fato, sobretudo lembrando-se que as memórias eletrônicas atuais têm latências na faixa dos nanossegundos.

Spintrônica

O feito representa um passo gigantesco em relação aos últimos avanços dos qubits de estado sólido - os mais promissores - anunciados recentemente, que precisavam ser movidos para serem lidos:

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Além de representar um novo alento para a computação quântica e para experimentos de física fundamental, a gravação magnética do qubit e sua leitura elétrica poderá ser útil para o campo da spintrônica, com possibilidades de aplicações práticas em prazos mais curtos.

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