Físicos descobrem novo caminho para a computação quântica iluminação infravermelha

Quando irradiadas com luz infravermelha, certas moléculas, como as ftalocianinas metálicas, vibram e geram pequenos campos magnéticos localizados. Os pesquisadores calcularam esses efeitos e pretendem provar e manipular experimentalmente esses campos para aplicações potenciais na computação quântica. Crédito: SciTechDaily.com

Os físicos da TU Graz determinaram que certas moléculas podem ser estimuladas por pulsos de luz infravermelha para gerar pequenos campos magnéticos. Se os testes experimentais também forem bem-sucedidos, esta técnica poderá ser potencialmente aplicada em circuitos de computadores quânticos. Quando as moléculas absorvem luz infravermelha, elas começam a vibrar à medida que recebem energia. Andreas Hauser do Instituto de Física Experimental da Universidade de Tecnologia de Graz (TU Graz) usaram esse processo bem compreendido como base para explorar se essas vibrações poderiam ser aproveitadas para produzir campos magnéticos. Como os núcleos atômicos carregam carga positiva, o movimento dessas partículas carregadas resulta na criação de um campo magnético. Usando o exemplo das ftalocianinas metálicas – moléculas de corante planas em forma de anel – Andreas Hauser e sua equipe calcularam agora que, devido à sua alta simetria, essas moléculas na verdade geram minúsculos campos magnéticos na faixa nanométrica quando pulsos infravermelhos agem sobre elas. De acordo com os cálculos, deveria ser possível medir a intensidade do campo bastante baixa, mas localizada com muita precisão, usando espectroscopia de ressonância magnética nuclear. Os pesquisadores publicaram seus resultados no Jornal da Sociedade Química Americana.

Dança circular das moléculas

Para os cálculos, a equipe baseou-se em trabalhos preliminares dos primórdios da espectroscopia a laser, alguns dos quais com décadas de existência, e usou a moderna teoria da estrutura eletrônica em supercomputadores do Cluster Científico de Viena e da TU Graz para calcular como as moléculas de ftalocianina se comportam quando irradiadas com luz infravermelha circularmente polarizada. O que aconteceu foi que as ondas de luz polarizadas circularmente, isto é, torcidas helicoidalmente, excitam duas vibrações moleculares ao mesmo tempo, formando ângulos retos entre si.

Andreas Hauser do Instituto de Física Experimental da TU Graz. Crédito: Lunghammer – TU Graz

“Como todo casal que dança rumba sabe, a combinação certa de frente-trás e esquerda-direita cria um pequeno ciclo fechado. E este movimento circular de cada núcleo atômico afetado cria, na verdade, um campo magnético, mas apenas muito localmente, com dimensões na faixa de alguns nanômetros”, diz Andreas Hauser.

Moléculas como circuitos em computadores quânticos

Ao manipular seletivamente a luz infravermelha, é ainda possível controlar a força e a direção do campo magnético, explica Andreas Hauser. Isso transformaria as moléculas em interruptores ópticos de alta precisão, que talvez também pudessem ser usados ​​para construir circuitos para um computador quântico.

Representação esquemática de uma molécula metálica de ftalocianina que é colocada em duas vibrações (vermelha e azul), criando um momento dipolar elétrico rotativo (verde) no plano molecular e, portanto, um campo magnético. Crédito: Wilhelmer/Diez/Krondorfer/Hauser – TU Graz

Experimentos como próxima etapa

Juntamente com colegas do Instituto de Física do Estado Sólido da TU Graz e uma equipe da Universidade de Graz, Andreas Hauser quer agora provar experimentalmente que os campos magnéticos moleculares podem ser gerados de forma controlada. “Para comprovação, mas também para aplicações futuras, a molécula de ftalocianina precisa ser colocada em uma superfície. No entanto, isto altera as condições físicas, o que por sua vez influencia a excitação induzida pela luz e as características do campo magnético”, explica Andreas Hauser. “Queremos, portanto, encontrar um material de suporte que tenha impacto mínimo no mecanismo desejado.” Na próxima etapa, o físico e seus colegas querem calcular as interações entre as ftalocianinas depositadas, o material de suporte e a luz infravermelha antes de testar em experimentos as variantes mais promissoras. Referência: “Pseudorotação molecular em ftalocianinas como ferramenta para controle de campo magnético em nanoescala” por Raphael Wilhelmer, Matthias Diez, Johannes K. Krondorfer e Andreas W. Hauser, 14 de maio de 2024, Jornal da Sociedade Química Americana. DOI: 10.1021/jacs.4c01915 O estudo foi financiado pelo Fundo Austríaco para a Ciência. https://w3b.com.br/fisicos-descobrem-novo-caminho-para-a-computacao-quantica-iluminacao-infravermelha/?feed_id=14614&_unique_id=6731d1823a22e

Novas dimensões na computação quântica partículas de Majorana tornam-se 2D

Pesquisadores da QuTech criaram partículas Majorana em um plano bidimensional, desenvolvendo dispositivos que utilizam supercondutores e semicondutores, permitindo experimentos anteriormente inacessíveis. Este avanço pode levar a qubits Majorana estáveis ​​e topologicamente protegidos, beneficiando significativamente a computação quântica.

Pesquisadores inovaram um método 2D para produção de partículas Majorana, com o objetivo de melhorar a computação quântica com qubits estáveis ​​e eficientes.

Pesquisadores da QuTech descobriram um método para criar partículas de Majorana dentro de um plano bidimensional. Eles conseguiram isso projetando dispositivos que utilizam as propriedades sinérgicas dos supercondutores e

semicondutores

Semicondutores são um tipo de material que possui condutividade elétrica entre a de um condutor (como o cobre) e a de um isolante (como a borracha). Os semicondutores são usados ​​em uma ampla gama de dispositivos eletrônicos, incluindo transistores, diodos, células solares e circuitos integrados. A condutividade elétrica de um semicondutor pode ser controlada adicionando impurezas ao material por meio de um processo denominado dopagem. O silício é o material mais utilizado para dispositivos semicondutores, mas outros materiais, como arsenieto de gálio e fosfeto de índio, também são usados ​​em certas aplicações.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">semicondutores. A versatilidade desta nova plataforma 2D permite experimentos anteriormente inatingíveis envolvendo Majoranas. As descobertas são detalhadas na revista Natureza. Os computadores quânticos operam de maneira fundamentalmente diferente dos computadores clássicos. Enquanto os computadores clássicos usam bits como unidade básica de informação, que pode ser 0 ou 1, os computadores quânticos usam qubits, que podem existir no estado 0, 1 ou ambos simultaneamente. Este princípio de superposição, combinado com novos algoritmos quânticos, poderia permitir que os computadores quânticos resolvessem certos problemas com muito mais eficiência do que os computadores clássicos. No entanto, os qubits que armazenam esta informação quântica são inerentemente mais frágeis que os bits clássicos.

Qubits inerentemente estáveis

Os qubits de Majorana são baseados em estados da matéria que são protegidos topologicamente. Isto significa que pequenas perturbações locais não podem destruir o estado do qubit. Esta robustez às influências externas torna os qubits de Majorana altamente desejáveis ​​para

Computação quântica

Realização de computação usando fenômenos da mecânica quântica, como superposição e emaranhamento.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">computação quânticauma vez que a informação quântica codificada nesses estados permaneceria estável por tempos significativamente mais longos.

Partículas de Majorana em duas dimensões

A produção de um qubit Majorana completo requer várias etapas. A primeira delas é a capacidade de projetar Majoranas de maneira confiável e de demonstrar que elas realmente possuem as propriedades especiais que as tornam candidatas promissoras a qubits. Anteriormente, pesquisadores da QuTech – uma colaboração entre a TU Delft e a TNO – usaram um nanofio unidimensional para demonstrar uma nova abordagem para o estudo de Majoranas, criando uma cadeia Kitaev. Nesta abordagem, uma cadeia de pontos quânticos semicondutores é conectada por meio de supercondutores para produzir Majoranas. A extensão deste resultado a duas dimensões tem várias implicações importantes. O primeiro autor, Bas ten Haaf, explica: “Ao implementar a cadeia Kitaev em duas dimensões, mostramos que a física subjacente é universal e independente de plataforma.” Seu colega e coautor Qingzheng Wang acrescenta: “Dados os desafios de longa data com a reprodutibilidade na pesquisa de Majorana, nossos resultados são realmente encorajadores”.

Rota em direção aos qubits de Majorana

A capacidade de criar cadeias de Kitaev em sistemas bidimensionais abre vários caminhos para futuras pesquisas de Majorana. O investigador principal Srijit Goswami explica: “Acredito que estamos agora numa posição em que podemos fazer física interessante com Majoranas, a fim de sondar as suas propriedades fundamentais. Por exemplo, podemos aumentar o número de sítios na cadeia Kitaev e estudar sistematicamente a proteção das partículas de Majorana. A longo prazo, a flexibilidade e escalabilidade da plataforma 2D deverá permitir-nos pensar em estratégias concretas para criar redes de Majoranas e integrá-las com elementos auxiliares necessários para o controlo e leitura de um qubit de Majorana.” Referência: “Uma cadeia Kitaev de dois locais em um gás de elétrons bidimensional” por Sebastiaan LD ten Haaf, Qingzhen Wang, A. Mert Bozkurt, Chun-Xiao Liu, Ivan Kulesh, Philip Kim, Di Xiao, Candice Thomas, Michael J. Manfra, Tom Dvir, Michael Wimmer e Srijit Goswami, 12 de junho de 2024, Natureza. DOI: 10.1038/s41586-024-07434-9

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