Uma equipe de pesquisa russo-alemã criou um sensor quântico que concede acesso à medição e manipulação de defeitos individuais de dois níveis em qubits. O estudo da NUST MISIS, do Russian Quantum Center e do Karlsruhe Institute of Technology, publicado na npj Quantum Information, pode abrir o caminho para a computação quântica.
Na computação quântica, a informação é codificada em qubits. Qubits (ou bits quânticos), o análogo da mecânica quântica de um bit clássico, são sistemas coerentes de dois níveis. Uma modalidade de qubit líder hoje em dia é a supercondução de qubits com base na junção Josephson. Esse é o tipo de qubit que a IBM e o Google usam em seus processadores quânticos. No entanto, os cientistas ainda estão procurando o qubit perfeito – um que possa ser medido e controlado com precisão, sem ser afetado pelo ambiente.
O elemento-chave de um qubit supercondutor é a junção de Josephson supercondutor-isolador-supercondutor em nanoescala. Uma junção Josephson é uma junção em túnel feita de duas peças de metal supercondutor separadas por uma barreira isolante muito fina. O isolante mais comumente usado é o óxido de alumínio.
As técnicas modernas não permitem construir um qubit com 100% de precisão, resultando nos chamados defeitos de dois níveis de tunelamento que limitam o desempenho de dispositivos quânticos supercondutores e causam erros computacionais. Esses defeitos contribuem para a vida útil extremamente curta de um qubit, ou decoerência.
Defeitos de encapsulamento em óxido de alumínio e em superfícies de supercondutores são uma fonte importante de flutuações e perdas de energia em qubits supercondutores, limitando em última análise o tempo de execução do computador. Quanto mais defeitos materiais ocorrem, mais eles afetam o desempenho do cúbito, causando mais erros computacionais, observaram os pesquisadores.
O novo sensor quântico concede acesso à medição e manipulação de defeitos individuais de dois níveis em sistemas quânticos. De acordo com o Prof. Alexey Ustinov, Chefe do Laboratório de Metamateriais Supercondutores da NUST MISIS e Chefe de Grupo do Russian Quantum Center, coautor do estudo, o próprio sensor é um qubit supercondutor e permite a detecção e manipulação de defeitos individuais . As técnicas tradicionais para estudar a estrutura do material, como espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS), não são sensíveis o suficiente para detectar pequenos defeitos individuais, portanto, usar essas técnicas não ajudará a construir o melhor qubit. O estudo pode abrir caminhos para a espectroscopia de material quântico para investigar a estrutura dos defeitos de tunelamento e desenvolver dielétricos de baixa perda que são urgentemente necessários para o avanço dos computadores quânticos supercondutores, acreditam os pesquisadores.
Publicado em 20/03/2021 21h23
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