Qubit molecular agora também acessível por luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/04/2021

O qubit molecular, bem protegido dentro da molécula, pode ser lido com luz.
[Imagem: C. Grupe/KIT]

Luz para os qubits

Há poucos dias você ficou sabendo que agora é possível usar luz para ler o dado de elétrons que funcionam como qubits.

E também talvez se lembre que moléculas são qubits melhores porque são mais resistentes ao eterno ruído do reino quântico, que faz os qubits perderem os dados muito rapidamente.

Agora, Kuppusamy Kumar e seus colegas do Instituto de Tecnologia Karlsruhe, na Alemanha, reuniram as duas coisas em uma só.

Kumar sintetizou uma molécula fotossensível que permite acessar o spin do seu átomo central usando luz.

O feito representa um salto significativo no desenvolvimento de moléculas adequadas para uso como bits quânticos endereçáveis por luz.

Qubit de európio

Isolar os qubits do seu ambiente é essencial para preservar os estados de superposição e entrelaçamento por tempo suficiente para que se realizem operações computacionais.

Cada molécula tem dois qubits - os dois átomos centrais de európio, ilustrados em rosa.
[Imagem: S. Kuppusamy/KIT]

Embora não apenas a computação quântica, mas também a spintrônica, estejam usando mais o spin de elétrons, o spin nuclear de átomos, bem protegido no interior de moléculas, pode ser usado para criar estados de superposição com longos tempos de vida porque os spins nucleares são fracamente acoplados ao ambiente, protegendo os estados de superposição de um qubit de influências externas.

Qubit molecular lido com luz

Existem várias técnicas para "ler e escrever" em spins nucleares, mas Kumar queria dar o salto longamente esperado: Interagir com o estado quântico do qubit usando luz.

Para isso, ele criou uma molécula especial em torno de um átomo do elemento de terras raras európio. A característica chave dessa molécula é que ela apresenta luminescência, isto, ela emite luz quando é energizada.

Quando a molécula é iluminada com luz ultravioleta, os ligantes absorvedores de luz transferem energia para o átomo de európio, energizando-o. Quando a luz ultravioleta é desligada, o átomo de európio volta ao seu estado anterior de energia, liberando um fóton. Basta então "ler" esse fóton para saber o estado quântico do átomo que o emitiu.

"Ao demonstrar pela primeira vez a polarização de spin induzida por luz na molécula de európio, conseguimos dar um passo promissor em direção ao desenvolvimento de arquiteturas de computação quântica baseadas em moléculas contendo íons de terras raras," disse o professor Philippe Goldner.

Mais tópicos