Bits quânticos são encontrados em primo pobre do silício

Eletrônica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/11/2011

 

 

 

Elétrons presos na "imperfeições corretas" comportam-se de tal forma que seus estados quânticos podem ser controlados com  precisão, funcionando como qubits.[Imagem: Kohel et al./Nature]

Qubits cristalinos

 

Nuvens de átomos superfrios não são a única abordagem rumo à construção de computadores quânticos.

David Awschalom e seus colegas da Universidade de Santa Bárbara, nos Estados Unidos, preferem usar como qubits pequenos defeitos na estrutura de cristais.

Eles vinham se concentrando até agora em defeitos no diamante, chamados de vacâncias de nitrogênio.

• Diamante tem qubit natural para construção de computadores quânticos

   

Eles usam o diamante não por alguma predileção pessoal, mas porque, até agora, o diamante era o único cristal onde essas imperfeições tão promissoras haviam sido encontradas.

Seu trabalho mais recente, contudo, demonstrou que um semicondutor usado pela indústria eletrônica também possui imperfeições cristalinas que podem ser controladas em nível quântico.

Primo pobre do silício

O carbeto de silício é uma espécie de primo pobre do silício: embora venha sendo explorado em algumas aplicações eletrônicas, ele é largamente utilizado pela indústria para fazer lixas e abrasivos.

O que os cientistas descobriram agora é que ele possui imperfeições que não estão diretamente associadas com a estrutura atômica do material como um todo, o que dá características eletrônicas próprias a esses locais.

Até agora, o único cristal que se sabia possuir essas características era o diamante, com suas vacâncias de nitrogênio.

Na eletrônica tradicional, defeitos são coisas indesejadas, que devem ser evitadas devido à sua tendência de aprisionar elétrons em pontos específicos do cristal.

Mas os pesquisadores descobriram que elétrons presos na "imperfeições corretas" comportam-se de tal forma que seus estados quânticos podem ser controlados com precisão.

Qubit no defeito cristalino

Os elétrons que ficam presos nesses defeitos especiais podem ser inicializados, manipulados e medidos usando uma combinação de luz e micro-ondas.

Isto significa que cada um dos defeitos tem todos os atributos necessários para funcionar como um qubit - e um qubit estável, que funciona a temperatura ambiente.

Embora tudo isto já tivesse sido verificado no diamante, fabricar diamantes não é exatamente algo fácil, sobretudo com as "imperfeições corretas". Mais difícil ainda é crescer cristais de diamante no interior de circuitos integrados, preservando todos os demais componentes.

Já os cristais de carbeto de silício são fabricados industrialmente em grandes quantidades, podendo ser facilmente incorporados em circuitos eletrônicos, optoeletrônicos e eletromecânicos.

Os cientistas afirmam que essa descoberta pode significar que os defeitos de muitos outros semicondutores podem ser úteis para a computação quântica: tudo o que é necessário é procurá-los nos semicondutores mais promissores.

Bibliografia:
Room temperature coherent control of defect spin qubits in silicon carbide
William F. Koehl, Bob B. Buckley, F. Joseph Heremans, Greg Calusine, David D. Awschalom
Nature
Vol.: 479, 84-87
DOI: 10.1038/nature10562