Dentro brevemente
- Pesquisadores do Physikalisches Institut do KIT desenvolveram um método para controlar com precisão o espaçamento de qubits de estanho de diamante, melhorando muito sua estabilidade e tempos de coerência em dezenas de milissegundos.
- Esses desenvolvimentos, usando controle de micro-ondas e guias de onda supercondutores, são passos em direção à computação quântica avançada e a sistemas de comunicação quântica seguros.
- A pesquisa mostra que os defeitos do diamante podem ser bem controlados em temperaturas muito baixas.
COMUNICADO DE IMPRENSA – Os computadores quânticos e a comunicação quântica são tecnologias avançadas de processamento e transferência de dados mais rápidas e seguras do que os computadores convencionais. Qubits são as unidades básicas de informação em computadores quânticos; eles são as contrapartes da mecânica quântica dos bits no processamento convencional de dados.
Onde, por exemplo, pulsos de laser em uma fibra de vidro transportam informações de A para B na comunicação digital clássica, a mecânica quântica utiliza fótons individuais. Na prática, isso dificulta a interceptação dos dados transmitidos. Qubits que podem ser endereçados opticamente (podem ser controlados ou lidos sem luz) são adequados para armazenar as informações dos fótons e processá-los em computadores quânticos. Qubits podem armazenar e processar estados quânticos e absorvê-los e emiti-los na forma de fótons.
A estabilidade do Qubit é fundamental
Um grande desafio no desenvolvimento de qubits é estender o tempo de coerência, ou seja, o tempo que os qubits podem armazenar informações de maneira estável. Ser capaz de controlar qubits e mantê-los estáveis o suficiente para usar suas propriedades em aplicações práticas será fundamental para criar computadores quânticos eficientes e incontroláveis.
No Physikalsches Institut do KIT, os pesquisadores de doutorado Ioannis Karapatzakis e Jeremias Resch investigaram como controlar com precisão um defeito especial em diamantes conhecido como centro de vacância de estanho (SnV). Seu trabalho fez parte de dois projetos financiados pelo Ministério Federal Alemão de Educação e Pesquisa: QuantumRepeater.Link (QR.X) para comunicação segura baseada em fibra quântica e SPINNING, que visa desenvolver um computador quântico baseado em spin-fóton de diamante.
“Um defeito na estrutura dos átomos de carbono no diamante ocorre quando os átomos estão faltando ou são substituídos por outros átomos, como o estanho”, disse Karapatzakis. Essas fraquezas podem ser usadas como qubits na comunicação quântica porque possuem propriedades ópticas e magnéticas especiais que permitem que estados como o spin do elétron sejam manipulados usando luz ou microondas. Os defeitos podem ser usados como qubits estáveis que podem armazenar e processar informações e ser combinados com fótons.
Principais melhorias em tempos coesos
Os qubits de diamante têm a vantagem de estar no estado sólido, o que os torna mais fáceis de trabalhar do que outros materiais quânticos, por exemplo. átomos no vácuo. Karapatzakis e Resch foram capazes de controlar com precisão e visualmente os spins dos elétrons dos qubits do centro de vacância de estanho usando microondas. “Conseguimos aumentar os tempos de coerência dos centros de diamante SnV para dezenas de milissegundos – uma grande melhoria”, disse Resch. Eles fizeram isso por meio do desacoplamento dinâmico, que suprime bastante a interferência. Outra característica especial dos resultados dos pesquisadores é o sucesso em mostrar pela primeira vez que esse tipo de característica do diamante pode ser muito bem controlada com ondas supercondutoras, que direcionam efetivamente a radiação de micro-ondas para os defeitos sem gerar calor. “Isso é muito importante porque essas falhas geralmente são investigadas em temperaturas muito baixas, próximas do zero absoluto. “As altas temperaturas podem tornar os qubits inúteis”, disse Karapatzakis.
“Para estabelecer comunicação entre dois usuários ou (mais tarde) entre dois computadores quânticos, precisamos transferir estados quânticos de qubit para fótons”, observa Resch. “Ao aprender as propriedades visuais dos qubits e alcançar estruturas estáveis, demos um passo importante nessa direção. Nossos resultados sobre o controle de centros de vacância de estanho em diamantes oferecem, portanto, uma oportunidade para avanços importantes no desenvolvimento futuro de comunicação quântica segura e eficiente. “
A equipe publicou suas descobertas na Physical Review.
