Tópico: Computadores Quânticos

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Defeito no diamante produz mistura inusitada de matéria e luz


Depois de formar essa mistura de matéria e luz, os cientistas foram capazes de fazer medições da luz para determinar o estado quântico dos elétrons.[Imagem: Awschalom Group]

Mistura de luz e matéria

Físicos da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, conseguiram combinar a luz de um laser com os elétrons presos no interior de um cristal de diamante.

Bob Buckley e David Awschalom exploraram uma característica incomum do mundo quântico: a capacidade de combinar as coisas que são muito diferentes.

Usando os elétrons presos dentro de um único defeito, do tamanho de um átomo, no interior de um cristal de diamante, combinados com luz de um laser de uma cor precisamente definida, os cientistas mostraram que é possível fazer uma mistura de luz e matéria.

Depois de formar essa mistura de matéria e luz, eles foram capazes de fazer medições da luz para determinar o estado quântico dos elétrons.

Controle quântico com luz

Mais do que uma curiosidade, o experimento demonstrou que é possível detectar e controlar o frágil estado quântico dos elétrons sem perder as informações.

Este é um passo importante para o uso da física quântica para expandir o poder da computação e da comunicação segura a longas distâncias.

Há alguns anos os cientistas descobriram que esses defeitos do diamante, chamados vacância de nitrogênio, podem ser usados como qubits para computadores quânticos - veja Diamante tem qubit natural para construção de computadores quânticos.

Esta pesquisa representa um passo importante nesse rumo por permitir a leitura dos qubits sem destruir a informação.

Ao examinar os elétrons separadamente, os cientistas mostraram que a configuração eletrônica não foi destruída pela luz. Em vez disso, ela foi modificada - uma demonstração surpreendente de controle dos estados quânticos utilizando a luz.

"Manipular o estado quântico de um único elétron em um semicondutor, sem destruir a informação, representa um desenvolvimento científico extremamente entusiasmante, com um potencial impacto tecnológico," disse Awschalom.

Computador de diamante

A preservação dos estados quânticos é um grande obstáculo no campo emergente da computação quântica.

Um dos benefícios de informação quântica é que ela nunca pode ser copiada sem deixar rastros, ao contrário das informações transferidas entre os computadores de hoje.

"O diamante poderá no futuro tornar-se para um computador quântico o que o silício é hoje para os computadores eletrônicos. Nosso experimento proporciona uma nova ferramenta para fazer isso acontecer," antevê Buckley.

Talvez não seja de todo sem sentido vislumbrar um futuro "Vale do Diamante" como sucessor do atual Vale do Silício, na Califórnia: recentemente, outra equipe usou fios de diamante para unir qubits.

Foi também a equipe do professor Awschalom que descobriu os promissores spins negros e que demonstrou que a manipulação quântica dos elétrons poderá criar os computadores spintrônicos. Ele participou também do grupo que descobriu um semicondutor capaz de capturar o calor dos processadores atuais.

Bibliografia:
Spin-Light Coherence for Single-Spin Measurement and Control in Diamond
B. B. Buckley, G. D. Fuchs, L. C. Bassett, D. D. Awschalom
Science
October 14, 2010
Vol.: Published Online
DOI: 10.1126/science.1196436

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=mistura-de-materia-e-luz&id=010110101026

[Unknown]

Brasileiros dão robustez ao entrelaçamento quântico


Um estado entrelaçado de dois feixes de luz em transmissão através de um canal "com perda". Na saída, o estado pode permanecer entrelaçado (em cima) ou se desentrelaçar (embaixo).[Imagem: Barbosa et al./Nature Photonics]

Um novo estudo realizado por pesquisadores brasileiros trouxe avanços para a compreensão de uma das mais intrigantes propriedades do entrelaçamento quântico: a "morte súbita", ou perda de coerência de um sistema entrelaçado.

Investigando as condições precisas em que a morte súbita do entrelaçamento ocorre em dois feixes de laser, cientistas da Universidade de São Paulo (USP) demonstraram que é possível gerar estados entrelaçados "robustos" - isto é, que não sofrem a morte súbita - assim como feixes sujeitos ao desentrelaçamento.

Entrelaçamento ou emaranhamento?

O entrelaçamento quântico é considerado pelos cientistas como base para futuras tecnologias como computação quântica, criptografia quântica e teletransporte quântico.

Um fenômeno intrínseco da mecânica quântica, o entrelaçamento permite que duas ou mais partículas compartilhem suas propriedades mesmo sem qualquer ligação física entre elas.

Embora muitos pesquisadores vertam o termo entanglement como "emaranhamento", físicos consultados pelo Site Inovação Tecnológica argumentam que este termo em português traz uma falsa imagem de desordem, e o que ocorre é que as partículas estão na verdade entrelaçadas - interligadas de alguma maneira ainda não totalmente compreendida - e que a física não pode considerar desordem algo que, no futuro, será explicado com detalhes.

Sob esse ponto de vista, o termo mais fiel ao próprio fenômeno seria entrelaçamento - ou seja, há mais complicações no mundo da física quântica do que os próprios fenômenos bizarros da física quântica.

Morte súbita

Duas ou mais partículas estão entrelaçadas quando se encontram de tal forma "conectadas" que mexer em uma delas altera instantaneamente a outra, mesmo que elas tenham sido levadas para lados opostos da galáxia.

Há poucos dias, cientistas demonstraram o entrelaçamento entrelaçamento de 3 qubits na primeira demonstração prática de uma correção de erros que possa ser usada nos computadores quânticos.

Embora extremamente promissora para usos tecnológicos, essa coerência entre as partículas é extremamente frágil - ela se perde, no dito fenômeno da morte súbita, mais conhecida entre os físicos como decoerência.

Quando se tenta medir uma partícula quântica, a própria medição faz sua função de onda colapsar, o que significa que a partícula terá sido irremediavelmente modificada. Como se trata de átomos e fótons, parece que o próprio ambiente ao redor do sistema quântico entrelaçado - os fótons e os átomos de ambiente - estão constantemente "medindo" as partículas quânticas, o que destrói suas características tão esquisitas, mas potencialmente tão úteis.

Em 2007, um estudo coordenado por Luiz Davidovich, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), publicado na Science, mostrou que o entrelaçamento quântico podia desaparecer repentinamente, "dissolvendo" o elo quântico entre as partículas. A chamada "morte súbita do entrelaçamento" poderia comprometer o desenvolvimento de futuras aplicações.

Segundo um dos autores do novo estudo, Paulo Nussenzveig, do Instituto de Física da USP, a pesquisa indica que o entrelaçamento pode ser frágil a ponto de desaparecer se os feixes que se propagam forem submetidos a perdas.

"No contexto de comunicações ópticas, as perdas costumam ser o pior inimigo. Mostramos, no estudo, que estados entrelaçados robustos - que não sofrem morte súbita - podem ser gerados, assim como estados sujeitos ao desentrelaçamento", disse Nussenzveig, que também foi um dos responsáveis por uma pesquisa que demonstrou o entrelaçamento triplo em luzes coloridas.

Em Julho deste ano, Nussenzveig foi convidado pela revista Science para comentar um experimento que marcou época na mecânica quântica, quando as propriedades da matéria quântica foram testadas em queda livre.

Mas, voltando ao desentrelaçamento, mesmo na situação mais simples possível - com o uso de apenas dois feixes de laser -, o desentrelaçamento completo pode ocorrer em caso de perdas parciais.

Fronteira entre a fragilidade e a robustez


A partir de um tratamento teórico do problema, os cientistas puderam estabelecer uma fronteira entre estados robustos e estados frágeis do entrelaçamento. [Imagem: Barbosa et al./Nature Photonics]

A partir de um tratamento teórico do problema, os cientistas puderam estabelecer uma fronteira entre estados robustos e estados frágeis do entrelaçamento. "Com isso, somos capazes de saber de antemão se um estado é robusto ou não", disse.

De acordo com outro autor do artigo, Marcelo Martinelli, também do Instituto de Física da USP, um primeiro trabalho, publicado na Science em 2009, mostrou que o efeito de morte súbita de entrelaçamento se apresentava não apenas em sistemas discretos - isto é, sistemas que têm um conjunto finito de resultados possíveis -, mas também em sistemas macroscópicos de variáveis contínuas.

Naquele estudo, os cientistas geraram pela primeira vez um entrelaçamento quântico de três feixes de luz de cores diferentes.

"Conseguimos gerar o entrelaçamento entre três feixes de luz operando em frequências diferentes. Esse foi um feito importante, mas que já havíamos previsto em um trabalho anterior. A surpresa naquele sistema foi observar que o entrelaçamento poderia desaparecer para perdas finitas", disse Martinelli.

Teletransporte

Os resultados da nova pesquisa abrem caminho para estudos sobre o teletransporte quântico - que é o objetivo fim do projeto "Teletransporte de informação quântica entre diferentes cores", coordenado por Martinelli.

Segundo o cientista, certas propriedades quânticas podem ficar cada vez mais fracas com o passar do tempo, ou com a interação com sistemas externos. No entanto, elas ainda persistem, mesmo que estejam no limite da capacidade de observação. No caso do entrelaçamento, porém, isso não ocorre.

"Quando há perdas finitas - como, por exemplo, na propagação por uma certa distância, seja em fibra óptica ou no ar livre - o sistema pode evoluir para um estado separável, ou seja, perde-se o entrelaçamento e podemos declarar efetivamente que o sistema está desentrelaçado", explicou.

No caso do trabalho de 2009, os pesquisadores observaram o efeito de desentrelaçamento, mas não sabiam se ele se devia à complexidade intrínseca do experimento com três campos entrelaçados.

"No estudo que acabamos de publicar, voltamos um passo atrás no sistema, observando apenas os feixes gêmeos gerados no oscilador paramétrico óptico. Estudando o que ocorre no sistema mais simples, observamos que mesmo nesse caso podemos ter desentrelaçamento para perdas finitas. Isto é, mesmo no sistema mais simples para feixes do tipo laser, o entrelaçamento pode ser perdido", explicou.

Processamento quântico de informações

Existem diversas propostas recentes para o uso das propriedades quânticas no processamento de informação, entre elas o uso de variáveis contínuas do campo eletromagnético. A luz é considerada o meio ideal para transportar a informação de um ponto a outro: seja entre duas estações remotas, seja entre dois sítios dentro de um chip óptico.

"Mas, ao longo da propagação, vemos que a interação com o sistema por meio da atenuação do campo pode destruir o entrelaçamento utilizável. Isso implica cuidados que devem ser tomados no projeto de um sistema quântico de processamento de informação", disse.

Ao gerar tanto feixes "robustos" como sujeitos a desentrelaçamento, o trabalho será importante, segundo Martinelli, para a comunidade envolvida no desenvolvimento de dispositivos fotônicos que controlem a luz e a convertam luz em sinais elétricos ou vice-versa.

"Com esse trabalho podemos estender o tratamento a sistemas mais complexos e estudar a dinâmica do entrelaçamento nesses sistemas. O controle sobre as propriedades de entrelaçamento é o mais importante para a realização de uma das tarefas básicas em processamento quântico de informação: o teletransporte", disse.

Além dos dois professores da USP, participaram do estudo Felippe Alexandre Silva Barbosa, Alessandro de Sousa Villar, Katiúscia Nadyne Cassemiro e Antonio Sales Oliveira Coelho - então orientandos de doutorado de Nussenzveig - e Alencar José de Faria, cujo pós-doutorado foi supervisionado por Martinelli.

O grupo faz parte do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) Informação Quântica, sediado no Instituto de Física Gleb Wataghin da Universidade Estadual de Campinas, sob coordenação de Amir Caldeira.

Bibliografia:
Robustness of bipartite Gaussian entangled beams propagating in lossy channels
F. A. S. Barbosa, A. S. Coelho, A. J. de Faria, K. N. Cassemiro, A. S. Villar, P. Nussenzveig, M. Martinelli
Nature Photonics
17 October 2010
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphoton.2010.222

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=entrelacamento-quantico-decoerencia&id=010110101109

[Hold the Door]

Entrelaçamento ou emaranhamento?

O entrelaçamento quântico é considerado pelos cientistas como base para futuras tecnologias como computação quântica, criptografia quântica e teletransporte quântico.

Um fenômeno intrínseco da mecânica quântica, o entrelaçamento permite que duas ou mais partículas compartilhem suas propriedades mesmo sem qualquer ligação física entre elas.

Embora muitos pesquisadores vertam o termo entanglement como "emaranhamento", físicos consultados pelo Site Inovação Tecnológica argumentam que este termo em português traz uma falsa imagem de desordem, e o que ocorre é que as partículas estão na verdade entrelaçadas - interligadas de alguma maneira ainda não totalmente compreendida - e que a física não pode considerar desordem algo que, no futuro, será explicado com detalhes.

Sob esse ponto de vista, o termo mais fiel ao próprio fenômeno seria entrelaçamento - ou seja, há mais complicações no mundo da física quântica do que os próprios fenômenos bizarros da física quântica.

De onde eles tiraram isso? Quais físicos consultaram?

Não conheço nenhum físico da área de Optica Quântica - a área que estuda esse fenômeno - que use o termo entrelaçamento. Todos eles em livros, artigos em português, conversa informal, seminários de debates sempre usaram emaranhamento, que é o jargão consagrado para entanglement.

[Unknown]

De onde eles tiraram isso? Quais físicos consultaram?

Não conheço nenhum físico da área de Optica Quântica - a área que estuda esse fenômeno - que use o termo entrelaçamento. Todos eles em livros, artigos em português, conversa informal, seminários de debates sempre usaram emaranhamento, que é o jargão consagrado para entanglement.

Provavelmente de físicos da Unicamp já que a redação do site é de Campinas. É bem comum haver variações em termos traduzidos de acordo com a universidade.

[Dbohr]

Por que isso não me surpreende?

[Unknown]

Por que isso não me surpreende?

No meu curso volta e meia também vejo isso.

[Hold the Door]

De onde eles tiraram isso? Quais físicos consultaram?

Não conheço nenhum físico da área de Optica Quântica - a área que estuda esse fenômeno - que use o termo entrelaçamento. Todos eles em livros, artigos em português, conversa informal, seminários de debates sempre usaram emaranhamento, que é o jargão consagrado para entanglement.

Provavelmente de físicos da Unicamp já que a redação do site é de Campinas. É bem comum haver variações em termos traduzidos de acordo com a universidade.

Da Unicamp não é, lá eles usam o termo emaranhamento no Grupo de Optica Quantica. Assim como na Usp.

[SnowRaptor]

Bom, os autores do artigo citado são da USP. Gealmetne quando vejo notícias "físicops brasileiros [...] emaranhamento [...] luz" Eu já saio procurando o nome do PAN. E ele usa emaranhamento.

[Unknown]

Quem vai programar os computadores quânticos?


"Se você quiser fazer uma simulação da natureza, é melhor fazê-lo com a mecânica quântica, e, uau, isso é um problema maravilhoso, porque ele não parece nada fácil." [Richard Feynman][Imagem: Temme et al./Nature]

Computação revolucionária

Os promissores computadores quânticos estão se mostrando mais difíceis de serem conquistados do que se imaginava a princípio.

Por outro lado, uma vez construídos, parece que sua utilização será muito mais revolucionária do que se previa.

É comum referir-se aos computadores quânticos como uma nova geração, por assim dizer, de "super supercomputadores", capazes de fazer tudo o que os computadores clássicos atuais fazem, só que mais rapidamente.

Mas não é só isso. Os computadores quânticos estão para a computação clássicos assim como a mecânica quântica está para a mecânica clássica.

E coisas muito estranhas - mas extremamente úteis sob todos os aspectos - ocorrem no mundo quântico.

Programação quântica

Em um computador clássico, o programador se preocupa em ver se cada bit tem valor 0 ou 1. Em um computador quântico um bit quântico, ou qubit, pode representar 0 e 1 ao mesmo tempo - dois qubits podem representar quatro valores simultaneamente, três qubits oito, e assim por diante.

Se, de um lado, inúmeras equipes ao redor do mundo estão tentando entender os princípios fundamentais que permitirão a construção dos processadores quânticos, algumas equipes já começam a se preocupar em como fazer programas para eles.

Só em 2009 foi construído o primeiro processador quântico programável - mas rodar algumas rotinas lógicas é uma coisa, e construir um algoritmo quântico completo é outra muito diferente.

Não é que a tarefa seja apenas difícil: ela parece desafiar a maneira comum de pensar.

Por exemplo, usando o fenômeno da superposição, cientistas demonstraram que um programa quântico pode encontrar uma informação em uma base de dados sem nem mesmo precisar rodar o programa:

Computador quântico resolve problema sem precisar rodar o programa

Simulações quânticas

E os computadores quânticos estão se tornando uma necessidade, conforme a ciência cresce em compreensão e usa cada vez mais intensamente os fenômenos em escala quântica.

A simulação de fenômenos quânticos - por meio da solução das equações de muitos corpos de Schrodinger - tem aplicações no desenvolvimento de novos medicamentos e no entendimento dos supercondutores, por exemplo.

Mas, usando os computadores atuais, as equações de muitos corpos de Schrodinger só podem ser resolvidas para não muitos corpos.

E os resultados são apenas aproximações, e os cientistas querem chegar mais perto nessas aproximações, e avançar para problemas mais complexos, por exemplo, tentando compreender a fotossíntese, de forma a criar mecanismos de fotossíntese artificial que poderão resolver o problema energético do mundo.

Um problema maravilhoso

E computação quântica também não é computação paralela acelerada.

Há um problema fundamental quando se tenta simular a mecânica quântica em um computador clássico: o chamado "problema do sinal".

Nos cálculos da mecânica quântica, deve-se levar em conta não apenas as probabilidades, mas a amplitude das probabilidades - e essas amplitudes podem se tornar negativas.

Richard Feynman chamava tudo isso de "um problema maravilhoso":

"Eu não estou feliz com todas as análises que usam apenas a teoria clássica, porque a natureza não é clássica, caramba. E se você quiser fazer uma simulação da natureza, é melhor fazê-lo com a mecânica quântica, e, uau, isso é um problema maravilhoso, porque ele não parece nada fácil."

Metropolis quântico


Quem enfrentará o problema maravilhoso de programar os computadores quânticos? Ou de escrever um Assembly Quântico? Ou um C Quântico? [Imagem: VCQ/Vienna University]

Agora, trinta anos depois dessa afirmação de Feynman, um grupo de físicos teóricos da Áustria, Canadá e Alemanha, demonstrou que, de fato, as alterações de um sistema quântico podem ser reproduzidas em um computador quântico universal.

Para isso, eles criaram uma versão quântica do clássico algoritmo clássico Metrópolis.

Esse algoritmo foi desenvolvido por Nicholas Metropolis em 1953 e permaneceu como uma curiosidade até o advento dos computadores.

A versão clássica do algoritmo de Metropolis utiliza mapas estocásticos que, ao longo de inúmeras iterações, convergem para um estado de equilíbrio. Incluído no chamado Método Monte Carlo, este é um dos algoritmos mais utilizados hoje na Física para obter os valores esperados de um sistema que se está simulando.

Para criar a versão quântica do algoritmo de Metropolis, a equipe usou apenas mapas completamente positivos, em vez de amplitudes de probabilidade. Isso traz problemas, como erros nos cálculos quando se introduzem transições de fase quânticas.

Ainda assim, a implementação do algoritmo quântico poderá ter aplicações importantes nos campos da química, da física da matéria condensada, da física de altas energias e também para resolver as equações de Schrodinger para sistemas mais complexos, nos quais interagem muitas partículas.

"Ainda que uma implementação desse algoritmo para problemas quânticos de muitos corpos em larga escala esteja fora do alcance com os meios tecnológicos de hoje, o algoritmo é escalável para tamanhos de sistema que são interessantes para simulações físicas reais," afirmam os pesquisadores.

Programadores quânticos

O que se deve destacar, contudo, é que o grupo demonstrou que o esforço para a construção do hardware dos computadores quânticos será bem pago: um computador quântico, usando esse algoritmo, poderá ser usado para resolver os "problemas maravilhosos" de Feynman exponencialmente mais rápido do que os computadores atuais.

E soluções completas para as equações de Schrodinger finalmente estarão ao alcance, caramba.

No futuro, o artigo que descreve a criação do Metropolis Quântico talvez seja lembrado como um marco na programação dos computadores quânticos.

O que nos faz perguntar: quem enfrentará o problema maravilhoso de programar os computadores quânticos? Ou de escrever um Assembly Quântico? Ou um C Quântico?

O fato é que Feynman parece continuar com a razão: não parece fácil.

Criado primeiro simulador quântico

Bibliografia:
Quantum Metropolis sampling
K. Temme, T. J. Osborne, K. G. Vollbrecht, D. Poulin, F. Verstraete
Nature
03 March 2011
Vol.: 471, pp. 87-90
DOI: 10.1038/nature09770

Simulating physics with computers
Richard P. Feynman
International Journal of Theoretical Physics
1982
Vol.: 21, Numbers 6-7, 467-488
DOI: 10.1007/BF02650179

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=quem-vai-programar-computadores-quanticos

[Unknown]

Recorde na transmissão de informações quânticas


O complicado e sensível fenômeno do entrelaçamento quântico foi mantido por até uma hora entre as duas nuvens de átomos de césio.[Imagem: Christine Muschik]

Recorde de entrelaçamento

Cientistas dinamarqueses bateram um recorde de preservação e transmissão de informações quânticas.

O entrelaçamento quântico, ou emaranhamento, é um fenômeno que produz uma espécie de "conexão fantasmagórica" entre duas partículas distantes - elas compartilham seus estados mesmo depois de distanciadas uma da outra.

Isto torna o fenômeno interessante para a transmissão de informações quânticas à distância, assim como para um novo tipo de criptografia essencialmente à prova de espionagem.

O problema é que o entrelaçamento é muito frágil - em um experimento típico, ele não dura mais do que uma fração de segundo.

Agora, Eugene Polzik e seus colegas da Universidade de Copenhague conseguiram preservar o entrelaçamento quântico por até uma hora.

Link óptico quântico

O entrelaçamento foi estabelecido e mantido entre os spins de duas nuvens isoladas de átomos de césio, usando os fótons de um raio laser.

Mas os átomos das nuvens de césio emitem fótons em todas as direções, de forma descontrolada, o que quebra o entrelaçamento.

"O que nós fizemos foi desenvolver uma técnica onde nós renovamos o entrelaçamento mais rapidamente do que sua tendência a desaparecer," explica Hanna Krauter, membro da equipe.

Isto essencialmente cria um link óptico quântico, permitindo a transmissão das informações de forma sustentada.

Físicos teóricos vinham sugerindo essa técnica há cerca de cinco anos, mas só agora ela foi realizada na prática, abrindo novas possibilidades para a comunicação quântica em condições reais de operação.

"Este é um passo para viabilizar as comunicações quânticas na prática - não apenas no laboratório, mas também no mundo real das redes típicas da internet," disse Polzik.

Memória quântica


Esta memória quântica pode permitir o desenvolvimento de repetidores quânticos, reforçando os sinais e permitindo sua transmissão por longas distâncias. [Imagem: Reim et al.]

Em uma dessas coincidências muito comuns na ciência, Ian Walmsley e seus colegas da Universidade de Oxford, no Reino Unido, acabam de criar uma memória quântica para fótons que funciona a temperatura ambiente.

Esta memória quântica pode permitir o desenvolvimento de repetidores quânticos, um equipamento necessário para que as informações quânticas sejam transmitidas a longas distâncias.

Como visto, os qubits podem ser transmitidos usando fótons. Mas os fótons também se degradam ao viajar por um meio como uma fibra óptica. Por isso é necessário constantemente reforçar o seu sinal - esse é o papel do repetidor, ou hub quântico.

A memória quântica é necessária para receber o fóton "desgastado" , recuperar sua informação e reemití-lo com força total, para que ele percorra o próximo trecho até o seu destino.

O problema é que a maioria das memórias quânticas feitas até agora funciona em temperaturas criogênicas, próximas ao zero absoluto, e em condições de alto vácuo.

O grupo de Walmsley preparou uma nuvem de átomos de césio, que funciona como um qubit, aquecendo-a a uma temperatura de 62 °C - um tanto quente, mas algo bem mais fácil de se obter do que as temperaturas criogênicas normalmente usadas.

Embora a eficiência da re-emissão dos fótons seja baixa - cerca de 30% - os pesquisadores afirmam que o design do experimento é promissor e tem espaço para melhorias.

Bibliografia:

Entanglement Generated by Dissipation and Steady State Entanglement of Two Macroscopic Objects
Hanna Krauter, Christine A. Muschik, Kasper Jensen, Wojciech Wasilewski, Jonas M. Petersen, J. Ignacio Cirac, Eugene S. Polzik
Physical Review Letters
Vol.: 107, 080503
DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.080503

Single-Photon-Level Quantum Memory at Room Temperature
K. F. Reim, P. Michelberger, K.C. Lee, J. Nunn, N. K. Langford, I. A. Walmsley
Physical Review Letters
Vol.: 107, 053603
DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.053603

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=recorde-transmissao-informacoes-quanticas&id=010110111121

Bits quânticos são encontrados em primo pobre do silício


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.

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 carboneto 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

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=bits-quanticos-semicondutor-carbeto-silicio&id=010110111114