Para que os computadores quânticos superem seus equivalentes clássicos em velocidade e capacidade, seus qubits - que são circuitos supercondutores que podem existir em uma combinação infinita de estados binários - precisam estar no mesmo comprimento de onda. Conseguir isso, no entanto, custou o tamanho. Enquanto os transistores usados em computadores clássicos foram reduzidos a escalas nanométricas, os qubits supercondutores hoje em dia ainda são medidos em milímetros - um milímetro é um milhão de nanômetros.
Combine os qubits em chips de circuito cada vez maiores e você terá, relativamente falando, uma grande pegada física, o que significa que os computadores quânticos ocupam muito espaço físico. Esses ainda não são dispositivos que possamos carregar em nossas mochilas ou usar em nossos pulsos.
Para reduzir os qubits enquanto mantém seu desempenho, o campo precisa de uma nova maneira de construir os capacitores que armazenam a energia que "alimenta" os qubits. Em colaboração com a Raytheon BBN Technologies, o laboratório do professor James Hone da Wang Fong-Jen na Columbia Engineering demonstrou recentemente um capacitor qubit supercondutor construído com materiais 2D que é uma fração dos tamanhos anteriores.
Para construir chips qubit anteriormente, os engenheiros tiveram que usar capacitores planares, que colocam as placas carregadas necessárias lado a lado. Empilhar essas placas economizaria espaço, mas os metais usados em capacitores paralelos convencionais interferem no armazenamento de informações de qubit. No trabalho atual, publicado em 18 de novembro na Nano LettersAbhinandan Antony e Anjaly Rajendra, os alunos de PhD da Hone, imprensaram uma camada isolante de nitreto de boro entre duas placas carregadas de dieseleneto de nióbio supercondutor. Cada uma dessas camadas tem apenas um átomo de espessura e é mantida unida pelas forças de van der Waals, a interação fraca entre os elétrons. A equipe então combinou seus capacitores com circuitos de alumínio para criar um chip contendo dois qubits com uma área de 109 micrômetros quadrados e apenas 35 nanômetros de espessura - que é 1.000 vezes menor do que os chips produzidos sob abordagens convencionais.
Quando eles resfriaram seu chip qubit até um pouco acima do zero absoluto, os qubits encontraram o mesmo comprimento de onda. A equipe também observou características-chave que mostraram que os dois qubits estavam se tornando emaranhados e agindo como uma única unidade, um fenômeno conhecido como coerência quântica; isso significaria que o estado quântico do qubit poderia ser manipulado e lido por meio de pulsos elétricos, disse Hone. O tempo de coerência foi curto - um pouco mais de 1 microssegundo, em comparação com cerca de 10 microssegundos para um capacitor coplanar convencionalmente construído, mas este é apenas um primeiro passo para explorar o uso de materiais 2D nesta área, disse ele.
Trabalho separado publicado no arXiv em agosto por pesquisadores do MIT também tirou proveito de disseleneto de nióbio e nitreto de boro para construir capacitores de placas paralelas para qubits. Os dispositivos estudados pela equipe do MIT mostraram tempos de coerência ainda mais longos - até 25 microssegundos - indicando que ainda há espaço para melhorar ainda mais o desempenho.
A partir daqui, Hone e sua equipe continuarão refinando suas técnicas de fabricação e testando outros tipos de materiais 2D para aumentar os tempos de coerência, que refletem por quanto tempo o qubit está armazenando informações. Novos projetos de dispositivos devem ser capazes de reduzir ainda mais as coisas, disse Hone, combinando os elementos em uma única pilha de van der Waals ou implantando materiais 2D em outras partes do circuito.
"Agora sabemos que os materiais 2D podem ser a chave para tornar os computadores quânticos possíveis", disse Hone. "Ainda é muito cedo, mas descobertas como essas estimularão os pesquisadores em todo o mundo a considerar novas aplicações de materiais 2D. Esperamos ver muito mais trabalho nessa direção no futuro."
Consultado a: 03\12\2021
https://www.sciencedaily.com/releases/2021/11/211130173958.htm
