Transístor comum vira qubit para computadores quânticos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/04/2021

Assim como nos demais processadores quânticos, os qubits de silício são mantidos a uma fração de grau acima do zero absoluto (-273 ºC) dentro de refrigeradores de diluição.
[Imagem: A. Abrusci/UCL]

Qubit de elétron

Fica cada vez mais perto da realidade a construção de computadores quânticos usando os semicondutores tradicionais, como se fossem transistores dos computadores eletrônicos atuais.

Virginia Tejel e seus colegas da Universidade College de Londres conseguiram usar como qubit - o bit de um processador quântico - um único elétron dentro de um transístor de silício em um chip comum, construído com a tradicional tecnologia CMOS.

Isto é grande avanço porque um dos maiores entraves à construção de processadores quânticos realmente poderosos é a dificuldade em colocar juntos um grande número de qubits - e transistores já são fabricados aos bilhões dentro de cada chip.

O experimento sugere que é possível construir esses processadores futurísticos em chips de silício de nível industrial, usando os processos de fabricação existentes, em vez de adotar novos processos de fabricação de supercondutores, por exemplo, ou mesmo partículas exóticas, como os férmions de Majorana.

"O desenvolvimento dos transistores levou 70 anos para chegar onde estamos hoje em computação e não podemos passar mais 70 anos tentando inventar novos processos de fabricação para construir computadores quânticos. Precisamos de milhões de qubits e de uma arquitetura ultra-escalável para construí-los, e nossa descoberta nos dá um projeto para abreviar nosso caminho para a produção de chips quânticos em escala industrial," disse o professor John Morton.

Um único elétron foi controlado dentro do transístor - e seu dado dura por intermináveis nove segundos.
[Imagem: Ciriano-Tejel et al. - 10.1103/PRXQuantum.2.010353]

Qubit de vida longa

Os pesquisadores conseguiram isolar e medir o estado quântico de um único elétron qubit em um transístor de silício fabricado em uma pastilha tradicional de 300mm.

E, de forma um tanto surpreendente, o spin do elétron permaneceu estável por um período de até nove segundos, o que é quase uma eternidade para a estabilidade de um qubit.

"Esses longos tempos de vida indicam que a geometria de nanofio de silício e os processos de fabricação empregados aqui mostram uma grande promessa para dispositivos qubit, enquanto o método de leitura de spin demonstrado aqui é adequado para uma variedade de arquiteturas escalonáveis," escreveu a equipe.

O próximo passo será usar a tecnologia para criar uma matriz de qubits e usá-los para realizar operações de lógica quântica.

"Todo estudante de física aprende nos livros didáticos que os elétrons se comportam como pequenos ímãs com propriedades quânticas estranhas, mas nada te prepara para a sensação de maravilhamento no laboratório, sendo capaz de observar esse 'giro' de um único elétron com seus próprios olhos, às vezes apontando para cima, às vezes para baixo. É emocionante ser uma cientista tentando entender o mundo e, ao mesmo tempo, fazer parte do desenvolvimento dos computadores quânticos," comemorou Tejel.

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