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Átomos artificiais para computação quântica

Engenheiros da Universidade de Nova Gales do Sul (UNSW), em Kensington, Austrália, criaram átomos artificiais em chips de silício para aumentar a estabilidade em computadores quânticos.

Fonte: Phys.org (Traduzido para o Português)

Em um paper publicado hoje na Nature Communications, pesquisadores quânticos da UNSW descreveram como eles criaram átomos artificias em um ponto quântico de silício, um pequeno espaço em um circuito quântico onde elétrons são usados como qubits (ou bits quânticos), a unidade básica da informação quântica.

Pontos quânticos e qubits são explicados no post sobre a primeira parte da Computação Quântica.

Computação Quântica (Parte 1)Clique aqui

O professor Andrew Dzurak explica que ao contrário de um átomo real, um átomo artificial não tem núcleo, mas ainda tem camadas de elétrons zunindo ao redor do dispositivo, em vez do núcleo do átomo.

“A ideia de criar átomos artificiais usando elétrons não é nova, de fato foi proposta teoricamente pela primeira vez em 1930 e demonstrado experimentalmente na década de 1990 – embora não em silício. Primeiro fizemos uma versão rudimentar do silício em 2013”, disse o professor Dzurak que é membro laureado da ARC e também diretor da Australian National Fabrication Facility na UNSW, onde o dispositivo de ponto quântico foi fabricado.

O professor Dzurak e sua equipe da escola de Engenharia Elétrica da UNSW – incluindo o estudante de doutorado Ross Leon que também é o autor principal da pesquisa e o Dr. André Saraiva – configuraram um dispositivo quântico em silício para testar a estabilidade dos elétrons em átomos artificiais.

Eles aplicaram uma tensão no silício por meio de um eletrodo “porta” de superfície metálica para atrair elétrons do silício e formar o ponto quântico, um espaço infinitesimalmente pequeno de apenas 10 nanômetros de diâmetro.

“À medida que aumentávamos lentamente a tensão, nós podíamos atrair novos elétrons, um após outro, para formar um átomo artificial no nosso ponto quântico”, disse Dr. Saraiva, que lidera a análise teórica dos resultados.

“Em um átomo real, você tem uma carga positiva no meio, sendo o núcleo e os elétrons, negativamente carregados, mantidos nas três órbitas dimensionais. No nosso caso, em vez do núcleo positivo, a carga positiva vem do eletrodo “porta” que é separado do silício por uma barreira isolante de dióxido de silício. Então os elétrons estão suspensos embaixo dele, cada um orbitando em torno do centro do ponto quântico. Mas em vez de formar uma esfera, eles são posicionados formando um disco”.

Estas figuras foram tiradas do artigo na Nature Communications, cujo link se encontra aqui.

O ponto quântico fica na porta G1 e é indicada pela esfera vermelha. O RES transmite elétrons. CB serve de confinamento. A estrutura de Cobalto age como um ímã. Esta imagem usa cores falsas.
Esquemático transversal do dispositivo.

 

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