Qubit de nibio supercondutor diminui erros dos computadores qunticos


Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 27/09/2021

Qubit de ni

(a) Micrografia ptica do qubit supercondutor de nitreto de nibio. (b) Micrografia eletrnica e viso em corte transversal do qubit. (c) Micrografia eletrnica de transmisso do dispositivo completo.
[Imagem: NICT/Nagoya University]

Rudos

Pesquisadores japoneses criaram um novo tipo de qubit supercondutor – o tipo de bit quntico mais usado hoje – que muito menos imune a rudos do que aqueles que equipam os primeiros prottipos de computadores qunticos.

Todo o poderio dos qubits depende de suas propriedades qunticas, como o entrelaamento e a superposio. Por mais poderosos que esses fenmenos sejam, porm, qualquer interao com o ambiente pode destru-los, o que significa que o qubit perde todos os seus dados.

Essa interao indesejada com o ambiente conhecida como “rudo” e, em se tratando de componentes que so tomos, eltrons ou ftons, existem sempre outros tomos, eltrons ou ftons no ambiente tentando interagir com eles. por isso que os processadores qunticos funcionam em ambientes criognicos, para reduzir ao mnimo a energia de tudo, minimizando o risco de perda dos dados.

Acontece que o prprio qubit supercondutor tem fontes intrnsecas de rudo.

Agora, Sunmi Kim e seus colegas desenvolveram um qubit supercondutor de nibio que muito mais estvel do que qualquer outro j construdo porque ele dispensa outros metais e xidos metlicos para conduzir corrente. At hoje vinham sendo usados para isso o alumnio e o xido de alumnio, mas eles so as maiores fontes produtoras de rudo mesmo quando o material levado at prximo do zero absoluto.

Qubit de ni

Esquema e micrografia do qubit de nibio.
[Imagem: Sunmi Kim et al. – 10.1038/s43246-021-00204-4]

Qubit de nibio

No novo qubit, todos os elementos usados so nitretos (compostos contendo nitrognio). O elemento principal o nitreto de nibio (NbN), que tem uma temperatura de transio supercondutora de 16 K (-257 C), enquanto a camada isolante feita com nitreto de alumnio (AlN), ambos crescidos epitaxialmente sobre um substrato de silcio.

Sem quaisquer xidos amorfos, que so a principal fonte de rudo, o novo qubit apresentou uma estabilidade incrivelmente longa, com um tempo de relaxamento de energia (T1) de 16 microssegundos e um tempo de relaxamento de fase (T2) de 22 microssegundos, em valores mdios. Em comparao com os qubits convencionais que usam xido, isso cerca de 32 vezes superior no caso de T1 e cerca de 44 vezes no caso de T2.

” a primeira vez no mundo que algum conseguiu observar tempos de coerncia na casa das dezenas de microssegundos em qubits supercondutores de nitreto, reduzindo a perda dieltrica por meio do crescimento epitaxial deles em um substrato de Si. O qubit supercondutor desse nitreto ainda est nos estgios iniciais de desenvolvimento, de forma que acreditamos que seja possvel melhorar ainda mais o tempo de coerncia otimizando o processo de design e fabricao do qubit,” disse o professor Kouichi Semba, do Instituto Nacional de Tecnologia da Informao e Comunicao, no Japo.

Bibliografia:

Artigo: Enhanced coherence of all-nitride superconducting qubit epitaxially grown on silicon substrate
Autores: Sunmi Kim, Hirotaka Terai, Taro Yamashita, Wei Qiu, Tomoko Fuse, Fumiki Yoshihara, Sahel Ashhab, Kunihiro Inomata, Kouichi Semba
Revista: Communications Materials
Vol.: 2, Article number: 98
DOI: 10.1038/s43246-021-00204-4

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