Pesquisadores da UCI e do Laboratório Nacional de Los Alamos desenvolveram um novo método para transformar materiais do dia a dia em condutores adequados para computação quântica. Ao manipular a estrutura atómica através da deformação, criaram materiais com propriedades quânticas únicas, marcando um avanço significativo no sentido de tornar os computadores quânticos uma realidade prática. (Conceito do artista). Crédito: SciTechDaily.com
Esta inovação permitirá aos cientistas converter materiais de uso diário em condutores para uso em computadores quânticos.
Um estudo recente realizado por cientistas da Universidade da Califórnia, Irvine e do Laboratório Nacional de Los Alamos, publicado em Comunicações da Naturezarevela um método inovador para transformar materiais de uso diário, como o vidro, em materiais que os cientistas podem usar para fabricar computadores quânticos.
“Os materiais que fabricamos são substâncias que exibem propriedades elétricas ou quânticas únicas devido às suas formas ou estruturas atômicas específicas”, disse Luis A. Jauregui, professor de física e astronomia na UCI e autor principal do novo artigo. “Imagine se pudéssemos transformar o vidro, normalmente considerado um material isolante, e convertê-lo em condutores eficientes semelhantes ao cobre. Foi isso que fizemos.”
Os computadores convencionais usam silício como condutor, mas o silício tem limites. Os computadores quânticos podem ajudar a contornar esses limites, e métodos como os descritos no novo estudo ajudarão os computadores quânticos a se tornarem uma realidade cotidiana.
“Este experimento é baseado nas capacidades únicas que temos na UCI para o cultivo de materiais quânticos de alta qualidade. Como podemos transformar esses materiais que são maus condutores em bons condutores?” disse Jauregui, que também é membro do Eddleman Quantum Institute da UCI. “Isso é o que fizemos neste artigo. Temos aplicado novas técnicas a esses materiais e os transformamos em bons condutores.”
O papel da deformação na transformação de materiais
A chave, explicou Jauregui, era aplicar o tipo certo de tensão aos materiais em escala atômica. Para fazer isso, a equipe projetou um aparelho especial chamado “estação de dobra” na oficina mecânica da Escola de Ciências Físicas da UCI, que lhes permitiu aplicar grandes deformações para alterar a estrutura atômica de um material chamado pentatelureto de háfnio de uma estrutura “trivial”. material em um material adequado para um computador quântico.
“Para criar tais materiais, precisamos ‘fazer buracos’ na estrutura atômica”, disse Jauregui. “A tensão nos permite fazer isso.”
“Você também pode ativar ou desativar a mudança na estrutura atômica controlando a deformação, o que é útil se você quiser criar um interruptor liga-desliga para o material em um computador quântico no futuro”, disse Jinyu Liu, que é o primeiro autor do artigo e pós-doutorado trabalhando com Jauregui.
“Estou satisfeito com a forma como as simulações teóricas oferecem insights profundos sobre observações experimentais, acelerando assim a descoberta de métodos para controlar os estados quânticos de novos materiais”, disse o coautor Ruqian Wu, professor de física e diretor associado do UCI Center for Materiais Complexos e Ativos – um Centro de Ciência e Engenharia de Pesquisa de Materiais da National Science Foundation (MRSEC). “Isto sublinha o sucesso dos esforços colaborativos que envolvem conhecimentos diversos em investigação de fronteira.”
“Estou entusiasmado que a nossa equipa tenha conseguido mostrar que estes estados materiais indescritíveis e tão procurados podem ser feitos”, disse Michael Pettes, co-autor do estudo e cientista do Centro de Nanotecnologias Integradas do Laboratório Nacional de Los Alamos. “Isso é promissor para o desenvolvimento de dispositivos quânticos, e a metodologia que demonstramos também é compatível para experimentação em outros materiais quânticos.”
No momento, os computadores quânticos existem apenas em alguns lugares, como nos escritórios de empresas como IBM, Google e Rigetti. “Google, IBM e muitas outras empresas estão procurando computadores quânticos eficazes que possamos usar em nossas vidas diárias”, disse Jauregui. “Nossa esperança é que esta nova pesquisa ajude a tornar a promessa dos computadores quânticos mais realidade.”
Referência: “Transição de fase topológica controlada por deformação controlável e transporte de estado de superfície dominante em HfTe5” por Jinyu Liu, Yinong Zhou, Sebastian Yepez Rodriguez, Matthew A. Delmont, Robert A. Welser, Triet Ho, Nicholas Sirica, Kaleb McClure, Paolo Vilmercati, Joseph W. Ziller, Norman Mannella, Javier D. Sanchez-Yamagishi, Michael T. Pettes, Ruqian Wu e Luis A. Jauregui, 6 de janeiro de 2024, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-023-44547-7
O financiamento veio do UCI-MRSEC – uma subvenção NSF CAREER para os fundos do programa de Pesquisa Dirigida de Pesquisa Dirigida do Laboratório Nacional de Jauregui e Los Alamos.
Alunos de graduação e pós-graduação da UCI, incluindo Robert Welser, Sebastian Yepez Rodriguez, Matthew Delmont e Triet Ho, participaram deste estudo.
