Defeitos muito úteis

Será muito mais fácil construir a futura internet quântica se pudermos aproveitar as tecnologias e infraestruturas de telecomunicações existentes.

Isso gerou um grande esforço – com frutos interessantes – para usar o silício para enviar e armazenar informações quânticas em comprimentos de onda de telecomunicações, amplamente utilizados nas redes de fibras ópticas.

Uma das ideias mais promissoras consiste no uso de defeitos cristalinos no silício, a exemplo do que já vem sendo feito com diamantes, cujos defeitos cristalinos podem ser usados como qubits para computadores quânticos.

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Defeitos quânticos, também conhecidos como centros de cores ou emissores quânticos – no diamante os mais estudados são chamados de vacâncias de nitrogênio – são imperfeições nas redes cristalinas que podem capturar elétrons. Quando esses elétrons são atingidos por um laser, eles emitem fótons em comprimentos de onda específicos. Os defeitos no silício mais interessantes para comunicações quânticas são conhecidos como centros G (emitem cor verde) e centros T (a letra T vem do nível de energia associado ao defeito, e não da cor da luz emitida). Quando esses defeitos prendem elétrons, esses elétrons emitem fótons em um comprimento de onda chamado banda O, que é amplamente utilizada em telecomunicações.

Agora, pesquisadores conseguiram pela primeira vez medir, interagir e controlar esses centros de cor no silício, abrindo caminho para a criação de componentes que funcionem com base neles e lancem as informações quânticas diretamente nas redes de fibras ópticas.

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Controle de qubits com eletrônica

O dispositivo usa um diodo elétrico simples, um dos componentes mais comuns em toda a eletrônica, para manipular qubits dentro de uma pastilha de silício comercial. Usando este dispositivo, os pesquisadores conseguiram explorar como o defeito responde às mudanças no campo elétrico, sintonizar seu comprimento de onda dentro da banda de telecomunicações e até mesmo ligá-lo e desligá-lo, fazendo-o funcionar como um transístor, ou uma célula de memória binária.

“Uma das coisas mais entusiasmantes sobre ter esses defeitos no silício é que você pode usar componentes bem conhecidos, como diodos, neste material familiar para entender um sistema quântico totalmente novo e fazer algo novo com ele,” disse o pesquisador Aaron Day, da Universidade de Harvard, nos EUA.

Os pesquisadores também descobriram que, usando um campo elétrico local, é possível ajustar os comprimentos de onda emitidos pelo defeito, o que é importante para redes quânticas, nas quais diferentes sistemas precisam ser alinhados para falarem uns com os outros.

“Nós descobrimos que a forma como modificamos o ambiente elétrico para os defeitos tem um perfil espacial, e podemos filmá-lo diretamente, vendo as mudanças na intensidade da luz emitida pelos defeitos,” contou Day. “Usando muitos emissores e obtendo estatísticas sobre seu desempenho, agora temos uma boa compreensão de como os defeitos respondem às mudanças em seu ambiente. Podemos usar essas informações para construir os melhores ambientes para esses defeitos em dispositivos futuros.”

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