Os pesquisadores da UNSW emaranharam núcleos atômicos por meio de elétrons, alcançando comunicação quântica em escalas compatíveis com os chips de computador atuais, avançando a computação quântica de silício. Os engenheiros da UNSW desenvolveram estados quânticos emaranhados usando os spins de dois núcleos atômicos. O emaranhamento é crucial para as vantagens da computação quântica sobre os sistemas convencionais. Esta pesquisa, publicada em Ciência em 18 de setembro, representa um passo em direção a computadores quânticos de grande escala. A autora principal, Dra. Holly Stemp, afirmou que essa conquista permite a construção de futuros microchips de computação quântica usando tecnologia e processos de fabricação existentes. Ela observou: “Conseguimos fazer com que os objetos quânticos mais limpos e isolados se comunicassem entre si, na escala em que os dispositivos eletrônicos de silício padrão são fabricados atualmente”. A engenharia da computação quântica equilibra a proteção dos elementos da computação contra interferências e a ativação de sua interação para cálculos. Este desafio contribui para a diversidade de abordagens de hardware quântico. Alguns oferecem velocidade, mas sofrem com o ruído, enquanto outros são blindados, mas difíceis de operar e dimensionar. A equipe da UNSW utilizou o spin nuclear dos átomos de fósforo, implantado em um chip de silício, para codificar informações quânticas. A professora da Scientia, Andrea Morello, da Escola de Engenharia Elétrica e Telecomunicações da UNSW, descreveu o spin do núcleo atômico como “o objeto quântico mais limpo e isolado que alguém pode encontrar no estado sólido”. O professor Morello detalhou o trabalho anterior do grupo ao longo de 15 anos, que envolveu avanços nesta tecnologia. Eles demonstraram manter informações quânticas por mais de 30 segundos e realizar operações lógicas quânticas com menos de 1% de erros. Ele afirmou que eles foram “os primeiros no mundo a conseguir isso em um dispositivo de silício”. No entanto, ele observou que o isolamento que beneficia os núcleos atômicos tornava difícil conectá-los em um processador quântico de grande escala. Anteriormente, a operação de múltiplos núcleos atômicos exigia que eles estivessem muito próximos dentro de um sólido, cercados por um único elétron. Dr. Stemp explicou que embora um elétron possa “se espalhar” para interagir com múltiplos núcleos atômicos, seu alcance é limitado. Ela acrescentou: “adicionar mais núcleos ao mesmo elétron torna muito desafiador controlar cada núcleo individualmente”. A descoberta envolveu núcleos atômicos comunicando-se através de “telefones” eletrônicos, que são elétrons. Stemp usou a metáfora de pessoas em uma sala à prova de som, onde as conversas eram claras, mas limitadas em escala. Os ‘telefones’ permitem a comunicação entre salas, criando interações mais escaláveis e mantendo o isolamento. Mark van Blankenstein, outro autor, explicou que dois elétrons podem “tocar-se” à distância devido à sua capacidade de se espalharem. Se cada elétron se acopla a um núcleo atômico, os núcleos podem se comunicar através deles. A distância entre os núcleos nos experimentos foi de aproximadamente 20 nanômetros. Dr. Stemp destacou que se um núcleo fosse dimensionado para o tamanho humano, esta distância seria comparável àquela entre Sydney e Boston. Ela enfatizou que 20 nanômetros é a escala dos modernos chips de silício usados em computadores pessoais e telefones celulares. Isso significa que os processos de fabricação desenvolvidos pela indústria de semicondutores podem ser adaptados para computadores quânticos baseados em spins de núcleos atômicos. Esses dispositivos são compatíveis com a fabricação atual de chips de computador. Átomos de fósforo foram introduzidos no chip pela equipe do professor David Jamieson da Universidade de Melbourne, usando silício ultrapuro do professor Kohei Itoh da Universidade Keio, no Japão. Ao eliminar a necessidade de núcleos atômicos estarem ligados ao mesmo elétron, a equipe da UNSW resolveu um obstáculo importante ao dimensionamento de computadores quânticos de silício baseados em núcleos atômicos. O professor Morello descreveu seu método como “notavelmente robusto e escalável”. Ele acrescentou que, no futuro, mais elétrons poderão ser usados e moldados para espalhar ainda mais os núcleos. “Os elétrons são fáceis de movimentar e ‘massagear’ em forma, o que significa que as interações podem ser ligadas e desligadas com rapidez e precisão. Isso é exatamente o que é necessário para um computador quântico escalável.”
