Para que a computação quântica se torne plenamente realizada, teremos que dar alguns grandes saltos científicos ao longo do caminho – incluindo encontrar um supercondutor que possa agir da mesma maneira que o silício na computação de hoje. Uma equipe de pesquisadores acha que a busca pode ter acabado.
Introduzindo o composto ditelluride de urânio (UTe2), que um novo estudo diz que poderia ser usado para construir circuitos lógicos com qubits – aqueles bits quânticos superpotentes que podem estar em dois estados ao mesmo tempo.
Um dos principais problemas que os físicos quânticos estão enfrentando atualmente é manter esses qubits operacionais e estáveis ??por tempo suficiente para fazer alguma computação real com eles. É um problema espinhoso conhecido como descoerência quântica.
O que faz com que o UTe2 se destaque como um supercondutor é a sua forte resistência aos campos magnéticos – resistência aos erros que, de outra forma, poderiam ocorrer em cálculos quânticos.
“Este é potencialmente o silício da era da informação quântica”, diz o físico Nick Butch, do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST). “Você poderia usar o ditelluride de urânio para construir os qubits de um computador quântico eficiente.”
Butch e seus colegas depararam-se com as propriedades amigas do quantum do UTe2 enquanto investigavam uma variedade de ímãs baseados em urânio. O pensamento inicial era que o UTe2 poderia se tornar magnético a baixas temperaturas – e enquanto isso não aconteceu, o composto se tornou um supercondutor.
Tecnicamente, o ditelluride de urânio é um trio de spin, em vez de um singlet de spin, como a maioria dos outros supercondutores são. Isso significa que seus pares Cooper – elétrons ligados a baixas temperaturas – podem ser orientados de maneira diferente.
A física pode se tornar muito complexa muito rapidamente, mas o ponto importante é que essas propriedades significam que os pares de Cooper podem ser alinhados em paralelo e não em oposição, e isso sugere que a UTe2 deve manter sua supercondutividade diante de perturbações externas (ameaças a coerência quântica).
“Esses pares de spin paralelos poderiam ajudar o computador a permanecer funcional”, diz Butch. “Não pode falhar espontaneamente devido a flutuações quânticas”.
Uma das razões pelas quais a computação quântica pode ser a cabeça-de-fiação é que existem várias abordagens possíveis, e os cientistas ainda não sabem ao certo qual delas funcionará melhor (ou de maneira alguma).
Usando o UTe2 desta forma, seria necessária a abordagem de computação quântica topológica, uma abordagem que não tem sido explorada tanto quanto outras opções até agora: essencialmente, ela visa codificar qubits em um tipo de quasipartícula que pode não existir.
Grande parte da computação quântica topológica ainda é hipotética, mas sua grande vantagem – se é que de fato funciona – é que não exigiria o mesmo nível de correção de erro quântico apenas para permanecer coerente e estável.
Isso poderia nos dar qubits lógicos que funcionam sem a necessidade de muitos outros qubits apenas para correção de erros. A computação quântica topológica tem desafios próprios, e ainda estamos muito longe de um computador quântico de propósito geral, mas é um passo na direção certa – como muitos outros avanços interessantes que estamos vendo.
E a equipe acredita que o ditelluride de urânio tem mais alguns segredos a serem abandonados, tanto no que diz respeito à computação quântica quanto aos supercondutores em geral.
“Explorá-lo ainda pode nos dar uma ideia do que estabiliza esses supercondutores de rotação paralela”, diz Butch.
“Um dos principais objetivos da pesquisa com supercondutores é ser capaz de compreender a supercondutividade o suficiente para saber onde procurar materiais supercondutores não descobertos.”
“Neste momento não podemos fazer isso. E sobre eles é essencial? Estamos esperando que esse material nos conte mais.”
A pesquisa foi publicada na Science. (transcrito abaixo)
Supercondutividade spin-triplet quase ferromagnética
Um supercondutor incomum
Em (supercondutores) convencionais, e em muitos supercondutores não convencionais, os elétrons que formam os pares de Cooper têm giros apontando em direções opostas. Um campo magnético aplicado pode facilmente “quebrar” esses pares – e destruir a supercondutividade – alinhando ambos os spins na mesma direção. Em contraste, os supercondutores spin-triplet são muito mais resistentes aos campos magnéticos.
Muito poucos candidatos para esses materiais foram descobertos , adicione a este grupo selecionado observando assinaturas de supercondutividade spin-triplet, incluindo um campo magnético crítico superior anisotrópico e muito grande, no material UTe2. Como os supercondutores spin-triplet podem naturalmente exibir supercondutividade topológica, este material também pode ser de interesse na computação quântica.
Publicado em 17/08/2019
Artigos originais: https://www.sciencealert.com/this-superconductor-material-could-be-the-silicon-of-quantum-computers e https://science.sciencemag.org/content/365/6454/684
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