Diamante e Silício na computação Quântica.

Diamante e silício dão-se as mãos rumo ao computador quântico

Redação do Site Inovação Tecnológica – 24/09/2014

Os centros de cor de silício – defeitos no diamante onde um átomo de silício substitui um átomo de carbono – geram fótons idênticos. [Imagem: APS/Alan Stonebraker]

Computador de diamante e silício

Talvez a tão alardeada era pós-silício da eletrônica nunca chegue realmente a acontecer.

Não que a eletrônica e a computação não vão avançar, mas porque o silício pode se tornar um elemento essencial da futura arquitetura computacional.

Físicos acabam de descobrir que mesclar átomos de silício no interior de diamantes pode ser a forma perfeita para criar qubits para os computadores quânticos.

Dentre os vários tipos de bits quânticos que estão sendo pesquisados, alguns dos mais interessantes são aqueles gerados nas vacâncias de nitrogênio do diamante, defeitos cristalográficos nos quais um átomo de carbono é substituído por um átomo de nitrogênio.

• Processador quântico é construído dentro de um diamante

Agora, Alp Sipahigil e seus colegas dos Estados Unidos e do Japão descobriram que um defeito cristalográfico – também conhecido como centro de cor – produzido por um átomo de silício é muito mais eficiente e fácil de manipular do que o centro de cor de nitrogênio.

Vacâncias de silício

Para surpresa dos físicos, os centros de cor de silício geram fótons com propriedades idênticas – mesmo comprimento de onda, mesma polarização e mesma direção. A única diferença entre eles quando são medidos é a sua posição física.

A leitura de qubits no diamante é uma técnica já bastante desenvolvida. [Imagem: Alp Sipahigil et al. – 10.1103/PhysRevLett.113.113602]

Essa identidade é tudo o que os engenheiros querem quando estão tentando realizar o processamento quântico de informações usando interações entre fótons e átomos. Isto porque é possível criar estados de entrelaçamento entre eles, quando então tudo o que acontecer a um dos fótons afetará imediatamente o outro.

Segundo a equipe, apenas a demonstração da geração de fótons idênticos já colocaria as vacâncias de silício (SiV) como candidatas naturais para a computação quântica, sobretudo porque elas dispensam os aparatos criogênicos, funcionando bem a temperatura ambiente.

Mas elas também têm outras vantagens, eliminando várias deficiências das vacâncias de nitrogênio, como as incertezas na leitura dos spins e a diferença na energia entre esses spins.

Estabilidade dos qubits

O diamante tem mais de 500 centros de cor teoricamente possíveis, mas ninguém havia conseguido demonstrar que as vacâncias de silício são emissoras de fótons individuais. Menos ainda a geração de fótons idênticos.

O próximo passo será medir a estabilidade dos spins nesses potenciais qubits, o que diz respeito a quanto tempo um dado permanecerá estável.

Como tanto o diamante quanto isótopos do silício têm demonstrado qubits incrivelmente duradouros, o entusiasmo entre os físicos é grande.

Bibliografia:
Indistinguishable Photons from Separated Silicon-Vacancy Centers in Diamond
Alp Sipahigil
Physical Review Letters
Vol.: 113, 113602
DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.113602
http://arxiv.org/abs/1406.4268
Phys. Rev. Lett. 113, 113602 (2014)
Kay D. Jahnke, Lachlan J. Rogers, T. Teraji, J. Isoya, Alexander S. Zibrov, Fedor Jelezko, Mikhail D. Lukin
Physical Review Letters