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Qubit estável operando em temperatura ambiente

21.11.2013

Físicos europeus e canadenses conseguiram criar um novo tipo de qubit que permanece estável por 38 minutos à temperatura ambiente, o que é um recorde absoluto em sua classe e abre a possibilidade de criar computadores quânticos que podem funcionar em casa.

"Esse tempo de vida do qubit é pelo menos 10 vezes maior do que o alcançado em experimentos anteriores. Conseguimos encontrar um sistema no qual praticamente não há ruído, o que nos permitiu criar qubits de alto desempenho. Agora precisamos fazer esses qubits " conversem entre si", que é o último desafio chave no caminho para a criação de um computador quântico", disse Stephanie Simmons, da Universidade de Oxford (Reino Unido).

Simmons e seus colegas criaram um qubit "recordista" experimentando células de memória quântica baseadas em átomos de fósforo "colados" a uma placa de silício puro. Como regra, todos os experimentos com qubits são realizados em temperaturas ultrabaixas próximas ao zero absoluto.

Os autores do artigo decidiram verificar como os qubits que inventaram se comportariam em condições de ambiente. Para sua surpresa, eles não perderam seu conteúdo quando "descongelados" e continuaram a armazenar o estado por mais 38 minutos.

Este é um valor recorde, que é dezenas e centenas de vezes maior do que os resultados de experimentos anteriores, nos quais a vida de um qubit era geralmente limitada a dois segundos ou menos. Até agora, esses qubits não podem ser "lidos" ou "escritos" à temperatura ambiente, mas os cientistas estão confiantes de que poderão fazer isso em um futuro próximo.

"Para alguns, 39 minutos pode parecer um número extremamente pequeno, mas o spin de um átomo de fósforo pode mudar em apenas um centésimo de milésimo de segundo. Devido a isso, durante o tempo, a estabilidade de um qubit é reduzida em apenas 1 %, podemos realizar mais de 20 milhões de operações. Portanto, a descoberta de um qubit tão estável pode nos ajudar a criar um computador quântico", conclui Simmons.

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Quando você chega ao nível de um átomo, os átomos magnéticos se tornam instáveis. "O ímã permanente determina a presença dos pólos norte e sul, que permanecem na mesma orientação", diz o professor Alexander Khacheturian. "Mas quando você chega a um átomo, os pólos norte e sul do átomo começam a mudar e não sabem para qual direção apontar, porque se tornam extremamente sensíveis ao ambiente.

Se você deseja que as informações sejam armazenadas em um átomo magnético, elas não devem ser jogadas de um lado para o outro. Nos últimos dez anos, os cientistas se perguntaram: quantos átomos são necessários para estabilizar um ímã para que um átomo pare de oscilar e quanto tempo a informação pode ser armazenada nele antes que o átomo gire novamente?

Nos últimos dois anos, cientistas de Lausanne e da IBM descobriram como evitar que um átomo vire e mostraram que um único átomo pode atuar como uma memória. Para fazer isso, eles tiveram que usar temperaturas muito baixas - -233 graus Celsius. Isso limita severamente a aplicação da tecnologia."

Cientistas da Redbud University adotaram uma abordagem diferente. Escolhendo um substrato especial - fósforo preto semicondutor - eles descobriram uma nova maneira de armazenar informações em átomos de cobalto individuais, o que resolve problemas tradicionais de instabilidade. Usando um microscópio de varredura de túnel, quando uma sonda de metal afiada é movida pela superfície a uma distância de apenas alguns átomos, eles "viram" átomos de cobalto únicos na superfície do fósforo preto. Eles também foram capazes de mostrar diretamente que átomos de cobalto individuais podem ser manipulados em um dos dois estados de bits.

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