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Uma equipe multidisciplinar de cientistas nos Estados Unidos, liderada pelo físico Peng Wei da Universidade da Califórnia, em Riverside, desenvolveu um novo material supercondutor que poderia ser usado em computação quântica e ser um candidato a “supercondutor topológico”.
Topologia é a matemática da forma. Um supercondutor topológico usa um estado deslocalizado de um elétron ou buraco (um buraco se comporta como um elétron com carga positiva) para transportar informações quânticas e processar dados de forma robusta.
Os pesquisadores relatam hoje em Avanços da Ciência que eles combinaram telúrio trigonal com um supercondutor de estado de superfície gerado na superfície de uma fina película de ouro. O telúrio trigonal é um material quiral, o que significa que ele não pode ser sobreposto em sua imagem espelhada, como nossas mãos esquerda e direita. O telúrio trigonal também não é magnético. No entanto, os pesquisadores observaram estados quânticos na interface que hospedam polarização de spin bem definida. A polarização de spin permite que as excitações sejam potencialmente usadas para criar um bit quântico de spin — ou qubit.
“Ao criar uma interface muito limpa entre o material quiral e o ouro, desenvolvemos um supercondutor de interface bidimensional”, disse Wei, professor associado de física e astronomia. “O supercondutor de interface é único, pois vive em um ambiente onde a energia do spin é seis vezes mais aumentada do que aquelas em supercondutores convencionais.”
Os pesquisadores observaram que o supercondutor de interface passa por uma transição sob um campo magnético e se torna mais robusto em campos altos em comparação com campos baixos, o que sugere uma transição para um “supercondutor tripleto”, que é mais estável sob um campo magnético.
Além disso, por meio da colaboração com cientistas do National Institute of Standards and Technology, os pesquisadores mostraram que tal supercondutor envolvendo filmes finos de ouro e nióbio de heteroestrutura suprime naturalmente fontes de decoerência de defeitos de material, como óxidos de nióbio, que são um desafio comum para supercondutores de nióbio. Eles mostraram que o supercondutor pode ser transformado em ressonadores de micro-ondas de baixa perda e alta qualidade com um fator de qualidade que chega a 1 milhão.
A nova tecnologia tem aplicações na computação quântica, um campo que aproveita a mecânica quântica para resolver problemas complexos que computadores clássicos ou supercomputadores não conseguem resolver ou não conseguem resolver rápido o suficiente, de acordo com a empresa multinacional de tecnologia IBM.
“Conseguimos isso usando materiais que são uma ordem de magnitude mais finos do que aqueles tipicamente usados na indústria de computação quântica”, disse Wei. “Os ressonadores de micro-ondas de baixa perda são componentes críticos da computação quântica e podem levar a qubits supercondutores de baixa perda. O maior desafio na computação quântica é reduzir a decoerência ou perda de informação quântica em um sistema de qubits.”
A decoerência ocorre quando um sistema quântico interage com seu ambiente, levando a informação do sistema a se misturar com o ambiente. A decoerência representa um desafio para a realização de computadores quânticos.
Diferentemente de métodos anteriores que exigem materiais magnéticos, a nova abordagem dos pesquisadores usa materiais não magnéticos para uma interface mais limpa.
“Nosso material pode ser um candidato promissor para o desenvolvimento de componentes de computação quântica mais escaláveis e confiáveis”, disse Wei.
Wei foi acompanhado na pesquisa por seus alunos de pós-graduação na UCR.
O título do artigo é “Assinaturas de uma interface spin-ativa e campo Zeeman localmente aprimorado em uma heteroestrutura de material supercondutor-quiral”.
A contribuição da UCR para o projeto de pesquisa foi financiada pelo prêmio NSF CAREER de Wei, uma bolsa NSF Convergence Accelerator Track-C compartilhada pela UCR e pelo MIT, e um fundo Lincoln Lab Line compartilhado pela UCR e pelo MIT.
A tecnologia foi divulgada ao Escritório de Parcerias Tecnológicas da UCR e uma patente provisória foi registrada.
A University of California, Riverside é uma universidade de pesquisa de doutorado, um laboratório vivo para exploração inovadora de questões críticas para o interior do sul da Califórnia, o estado e comunidades ao redor do mundo. Refletindo a cultura diversificada da Califórnia, a matrícula da UCR é de mais de 26.000 alunos. O campus abriu uma faculdade de medicina em 2013 e chegou ao coração do Coachella Valley por meio do UCR Palm Desert Center. O campus tem um impacto anual de mais de US$ 2,7 bilhões na economia dos EUA. Para saber mais, visite www.ucr.edu.
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