Bolacha de diamante viabiliza computao quntica a temperatura ambiente

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Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 02/05/2022

Bolacha de diamante viabiliza computa

Observe, no canto inferior esquerdo, a pastilha de diamante disponvel at agora, em comparao com a que acaba de ser fabricada.
[Imagem: Adamant]

Bolacha de diamante

Pesquisadores da Universidade de Saga, no Japo, em colaborao com a empresa Adamant Namiki, conseguiram fabricar uma bolacha de diamante de 50 milmetros (mm) de dimetro (2 polegadas).

Embora a microeletrnica use atualmente bolachas de silcio de 200 mm e 300 mm (8 e 12 polegadas), os maiores cristais de diamante fabricados at hoje tinham meros 4 mm2, pequenos demais para uso prtico.

O diamante tem inmeras vantagens sobre os demais semicondutores, no apenas para uso na microeletrnica convencional, mas sobretudo pela sua possibilidade de uso na computao quntica, onde ele funciona a temperatura ambiente.

No primeiro caso, se usada como memria esta bolacha de diamante de 50 mm permitiria armazenar 25 exabytes de dados (1018 bytes), o equivalente a um bilho de discos Blu-Ray.

Mas o diamante um dos materiais mais promissores para a computao quntica porque ele permite construir qubits muito resistente a rudos e erros, um dos grandes desafios para fabricar computadores qunticos prticos – recentemente a Alemanha anunciou um projeto para fabricar um computador quntico com qubits de diamante.

Segundo a equipe do professor Makoto Kazuma, a nova bolacha tem no mais do que trs partes por bilho (3 ppb) de tomos de nitrognio, o que est dentro das exigncias para seu uso na computao quntica.

Sua construo foi viabilizada por uma tcnica na qual o substrato, o cristal de safira que serve de apoio para o crescimento do diamante, girado em vrios graus em relao ao plano de crescimento do diamante. Isso cria uma estrutura em forma de escada, no nvel atmico, para o crescimento do cristal, fazendo com que o diamante “flua” lateralmente atravs dos degraus, reduzindo bastante o estresse e evitando trincas.

Bolacha de diamante viabiliza computa

Novo princpio de crescimento de fluxo em degraus (em cima ) e mtodo de crescimento convencional (embaixo).
[Imagem: Makoto Kazuma/Saga University]

Qubits no diamante

Os qubits no diamante so construdos usando defeitos cristalinos, conhecidos como vacncias de nitrognio, que podem ser naturais do cristal ou construdos de forma criteriosa para uso prtico. A vacncia, tambm conhecida como “centro de cor”, ocorre quando um tomo de carbono da estrutura cbica do diamante substitudo por outro tomo.

O qubit consiste na orientao magntica dos eltrons “soltos” nesse defeito, funcionando como uma memria quntica no nvel atmico.

Curiosamente, um dos grandes desafios para fabricar bolachas de diamante de grandes dimenses justamente controlar a quantidade de nitrognio no material, uma vez que ningum quer defeitos demais.

possvel usar o spin de eltrons em outros materiais, mas a direo do spin no pode ser estabilizada a temperatura ambiente, como no diamante, complicando o projeto. Aparentemente, apenas o diamante permite usar o spin do eltron a temperatura ambiente de modo confivel o suficiente para aplicaes industriais – alm dos qubits, isso pode ser til em sensores magnticos com alta ressonncia espacial e alta sensibilidade e sensores de biomarcadores para uso em medicina.

As bolachas de diamante devero chegar ao mercado em 2023, mas a equipe anunciou que j est trabalhando em sua nova tcnica para tentar dobrar o dimetro de suas pastilhas.


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