Microsoft anuncia progresso em um tipo totalmente novo de qubit

Até agora, duas tecnologias básicas de computação quântica foram comercializadas. Um tipo de dispositivo, chamado de transmissor, inclui loops de fios supercondutores ligados a um ressonador. É usado por empresas como Google, IBM e Rigetti. Empresas como Quantinuum e IonQ usaram íons únicos presos em armadilhas de luz. No momento, ambas as tecnologias estão em uma situação crítica. Eles são claramente comprovados como eficazes, mas precisam de algumas melhorias significativas de qualidade e qualidade antes que possam realizar cálculos úteis.

Pode ser um pouco surpreendente ver que a Microsoft está comprometida com uma tecnologia alternativa chamada “qubits topológicos”. Esta tecnologia está longe o suficiente das outras opções da empresa acaba de anunciar Eu trabalhei em física para formar qubits. Para entender melhor a abordagem da Microsoft, Ars conversou com o engenheiro da Microsoft, Chetan Nayak, sobre o progresso e os planos da empresa.

Base Qubit

A Microsoft começou atrás de alguns concorrentes porque a física subjacente de seu sistema não estava totalmente definida. O sistema da empresa conta com a produção controlada da “partícula majorana”, algo cuja existência só foi comprovada na última década (e mesmo assim, sua descoberta Foi polêmico).

A partícula recebeu o nome de Ettore Majorana, que propôs a ideia na década de 1920. Em termos mais simples, a partícula de Majorana é sua antipartícula. Duas partículas de majorana que diferem em sua rotação perecerão se se encontrarem. Até agora, nenhuma das partículas conhecidas parece ser uma partícula de Majorana (todas, exceto os neutrinos, não são). Mas esse conceito persistiu por causa da possibilidade de fazer quasipartículas de Majorana, ou coleções de partículas e campos que, em certos contextos, se comportam como se fossem uma única partícula.

A quase partícula mais notável é provavelmente o par de Cooper, no qual dois elétrons são emparelhados de uma maneira que muda seu comportamento. Os pares de Cooper são necessários para que a supercondutividade funcione.

Nayak disse que o sistema da Microsoft inclui um fio supercondutor e seus pares Cooper. Em condições normais, a presença de um elétron não emparelhado adicional impõe um custo na energia total do sistema. Mas em um fio pequeno o suficiente na presença de campos magnéticos, é possível colar um elétron na ponta do fio sem custo de energia. “No estado topológico e no supercondutor topológico, você acaba tendo estados que podem, sem custo de energia, absorver um elétron extra”, disse Nayak a Ars.

Sendo a mecânica quântica, o elétron não está localizado na extremidade do fio onde está inserido; Em vez disso, é passado para ambas as extremidades. “Os dois extremos são as partes real e imaginária de uma função de onda quântica, basicamente”, disse Nayak. Esses estados finais são chamados de modos zero Majorana, e a Microsoft agora diz que os criou e mediu suas propriedades.

De quasipartículas a qubits

Os modos zero Majorana sozinhos não podem ser usados ​​como qubits. Mas Nayak disse que poderia estar ligado a um ponto quântico próximo. (Pontos quânticos são pedaços de um material cujo tamanho é menor que o comprimento de onda do elétron nesse material.) Descreva um fio em forma de U com modos zero majorana em cada extremidade e essas extremidades próximas a um ponto quântico.

“Você poderia, como um processo hipotético, ter um túnel de elétrons longe do ponto quântico no modo zero de Majorana e um túnel de elétrons do outro modo zero de Majorana e no ponto quântico”, disse Nayak ao Ars. Essas trocas alteram a capacidade do ponto quântico de armazenar carga (sua capacidade, em outras palavras), uma propriedade que pode ser medida. Nayak também disse que as conexões entre o fio e os pontos quânticos poderiam ser controladas, o que poderia permitir que os padrões zero de Majorana fossem separados, o que ajudaria a preservar seu estado.

A Microsoft ainda não atingiu um ponto de tethering de pontos quânticos. Mas deu um pouco de trabalho para fazer o estado topológico funcionar no fio. Os materiais que a empresa usa são relativamente incomuns: alumínio como fio supercondutor e arsenieto de índio como semicondutor que o envolve. A Microsoft faz todo o mesmo hardware.