Transdutores atomicamente finos poderão um dia permitir a computação quântica à temperatura ambiente

Computadores quânticos precisam ser mantidos frios para funcionar — muito frios. Essas máquinas geralmente funcionam a “apenas alguns graus acima do zero absoluto”, diz Yoseob Yoon, professor assistente de engenharia mecânica e industrial na Northeastern University. “É mais frio que o espaço sideral.”

A pesquisa de Yoon se concentra em “controlar propriedades de materiais usando lasers”, diz ele.

Em outras palavras, ele dispara luz em materiais atomicamente finos para fazê-los se mover de maneiras inovadoras.

Um de seus principais materiais é algo chamado grafeno, uma superfície bidimensional cujos descobridores receberam o Prêmio Nobel de Física em 2010, diz Yoon.

Yoon produz grafeno através do que ele chama de método Scotch Tape. “Eu tenho alguns materiais a granel de alguns milímetros de largura e espessura de, por exemplo, grafite”, ele diz, o mesmo derivado de carbono encontrado em lápis. “Eu basicamente uso Scotch Tape — literalmente — e então eu descasco” amostras ultrafinas do material a granel.

Essas amostras têm a espessura de um único átomo, “sem nenhuma rugosidade”, diz ele.

Já existia um campo estudando “transporte térmico usando filmes metálicos finos”, diz Yoon. Ao disparar lasers em metais muito finos, os pesquisadores podem induzir oscilações controladas como ondas acústicas em tambores.

No entanto, “isso tem sido limitado a regimes de gigahertz, porque esses metais são muito pesados ​​e não podem ser controlados até a espessura da monocamada.

“E então há outro campo, basicamente um campo de material 2D”, ele continua. “Eles esfoliam essas camadas atomicamente finas.”

A descoberta de Yoon veio ao combinar esses dois campos. Ao alinhar estruturas atomicamente finas com o estudo do transporte térmico baseado em laser, “há um novo regime que não podíamos alcançar antes”.

Agora, em um artigo publicado em NaturezaYoon e seus colaboradores identificaram novas heteroestruturas de van der Waals (criadas pela combinação de camadas desses materiais atomicamente finos, incluindo grafeno e outras variedades) que permitem o controle em frequências de terahertz.

Eis o que isso significa. Yoon observa que “temperatura” é, na verdade, apenas moléculas em movimento. Quanto mais rápido as moléculas se movem, maior a temperatura. Em um computador quântico, esse movimento se traduz em ruído aleatório, inibindo a função do computador. Super-resfriar um computador quântico, portanto, aumenta a eficiência.

Os transistores atuais em computadores quânticos são limitados à faixa de gigahertz. “Isso limita a faixa de temperaturas que podem ser operadas”, diz Yoon. “Eles podem operar apenas em baixas temperaturas.” Mais frio que o espaço sideral, lembre-se.

“Por causa desse limite de frequência”, ele continua, aumentando o alcance desses transistores para frequências de terahertz — um aumento de um fator de mil — “seremos capazes de executar [quantum computers] em temperatura ambiente.”

Em outras palavras, uma máquina que opera a uma temperatura próxima a 460 graus Fahrenheit negativos pode, de repente, funcionar em temperatura ambiente.

Pelo menos esse componente em particular, Yoon é rápido em apontar. “Existem algumas desvantagens em ir para temperaturas mais altas, [for instance,] “os sinais quânticos decairão muito mais rápido.”

Portanto, esta não é a solução definitiva em computação quântica à temperatura ambiente, mas é um grande passo em direção a esse objetivo.

O que vem depois? “Nós forçamos em termos de largura de banda de frequência, e quão alta a frequência pode ser”, ele diz. “Mas não forçamos até os limites de amplitude.”

“Queremos ultrapassar os limites.”

Esta história foi republicada como cortesia do Northeastern Global News news.northeastern.edu.