Qubit mecnico comea a virar realidade

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 03/07/2023

A plataforma construda pela equipe acomoda uma matriz de 36 ressonadores mecnicos (os pequenos quadrados no chip central).
[Imagem: ICFO]

Tipos de qubits

Qubits so o elemento bsico de hardware para a informao quntica, mas ainda h muito debate sobre quais tipos so realmente os melhores.

A maioria dos computadores qunticos j em funcionamento utiliza qubits supercondutores, mas h tambm qubits de ftons, eltrons, tomos, molculas, defeitos no diamante e at um qubit onde no h nada.

E esta lista acaba de crescer.

Chandan Samanta e colegas de uma equipe multi-institucional deram os primeiros passos experimentais para criar um qubit mecnico, na forma de um nanorressonador que confirma que de fato possvel alcanar vibraes no lineares no regime quntico.

O qubit consiste em um nanotubo de carbono que funciona como a corda na brincadeira de pular corda, com suas extremidades agitadas por eltrons presos em pontos qunticos. Os dados ficam guardados na amplitude das oscilaes dessa nanocorda. E, como s o centro do nanotubo balana, a estrutura tem um nvel baixssimo de interao com o ambiente, tornando o aparato um qubit muito estvel e robusto.

Ter demonstrado a tcnica experimentalmente importante, e a equipe j tem os passos seguintes no roteiro para a adoo desses qubits vibratrios: “Nos experimentos futuros, que visaro estados de gato [de Schrodinger] e qubits mecnicos, ser vantajoso acoplar as vibraes dos nanotubos a um ponto quntico duplo, o que permitir fortes no-linearidades, juntamente com estados mecnicos de longa durao. O amortecimento decorrente do eltron no ponto quntico duplo exponencialmente suprimido em baixa temperatura, de modo que deve ser possvel atingir uma taxa de amortecimento de 10 Hz medida em nanotubos em baixa temperatura.”

Este o esquema de funcionamento do qubit mecnico de nanotubo j na arquitetura com dois pontos qunticos pretendida pela equipe.
[Imagem: Fabio Pistolesi et al. – 10.1103/PhysRevX.11.031027]

Qubit mecnico

Em 2021, a mesma equipe traou todo o roteiro terico para criar um qubit mecnico feito com um nanotubo, cuja grande vantagem a manuteno dos dados por perodos muito longos, o que uma grande vantagem levando-se em conta que um dos maiores problemas dos computadores qunticos atuais est justamente no rudo, que os faz perder os dados e cometer erros.

Desde ento, os pesquisadores vm trabalhando na transformao daquela teoria em realidade.

Seguindo o projeto, a equipe suspendeu um nanotubo de carbono de aproximadamente 1,4 micrmetro de comprimento entre dois eletrodos. Eles definiram um ponto quntico, que um sistema eletrnico de dois nveis, sobre o nanotubo vibrante, criando eletrostaticamente junes de tnel em ambas as extremidades do nanotubo suspenso.

Ento, ajustando a voltagem no eletrodo de entrada, eles permitiram o fluxo de apenas um eltron por vez no nanotubo. O movimento mecnico do nanotubo foi ento acoplado ao eltron nico no ponto quntico. Este acoplamento eletromecnico criou anarmonicidade no sistema mecnico – qualquer pndulo se torna anarmnico se seus desvios do equilbrio se tornam muito grandes.

Quando a temperatura foi reduzida para a faixa dos mK (milikelvins, quase no zero absoluto), o sistema entrou em um regime de acoplamento ultraforte, onde cada eltron adicional no nanotubo deslocou a posio de equilbrio do nanotubo para longe de sua amplitude de ponto zero, mas essa amplitude foi variada por um fator de apenas 13 em relao ao movimento do ponto zero. Isso surpreendente porque as vibraes em outros ressonadores, resfriados ao estado fundamental quntico, mostraram-se no lineares apenas em amplitudes aproximadamente 10⁶ vezes maiores que seu movimento no ponto zero.

Este novo mecanismo apresenta uma fsica notvel porque, ao contrrio do que se esperava, a anarmonicidade aumenta medida que as vibraes so resfriadas prximo ao estado fundamental. Isso exatamente o oposto do que foi observado em todos os outros ressonadores mecnicos at hoje.

Comprovado que a equipe est na trilha certa rumo ao primeiro qubit mecnico, agora esperar pela melhoria do experimento j anunciado pela equipe, com a utilizao de dois pontos qunticos.

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