Transporte quântico torna-se balístico

O cientista da IBM Johannes Gooth está focado em eletrônica em nanoescala e quantum física.

Publicado hoje na revista científica Nano Letters, os cientistas da IBM lançaram um elétron através de um nanofio semicondutor III-V integrado em silício pela primeira vez. Essa conquista formará a base para sofisticados dispositivos de fio quântico para futuros circuitos integrados usados ​​em sistemas computacionais avançados e poderosos.

O cientista da IBM e autor principal do artigo, o Dr. Johannes Gooth, explica o artigo nesta sessão de perguntas e respostas.

O título do seu artigo é Interconexões de junção cruzada de nanofios InAs unidimensionais balísticos. Quando leio “balísticos”, mísseis bastante grandes vêm à mente, mas aqui você está fazendo isso em nanoescala. Você pode falar sobre os desafios que isso apresenta?

Johannes Gooth (JG): Sim, isso é muito semelhante, mas é claro, em uma escala muito diferente. Elétrons são disparados de um eletrodo de contato e voam através do nanofio sem serem espalhados até atingirem o eletrodo oposto. O nanofio atua como um guia perfeito para os elétrons, de forma que toda a informação quântica desse elétron (energia, momento, spin) possa ser transferida sem perdas.

Agora podemos fazer isso em junções cruzadas, o que nos permite construir redes de tubos de elétrons, onde as informações quânticas podem ser perfeitamente transmitidas. O desafio é fabricar um material geometricamente muito bem definido e sem dispersores dentro da escala nano. A epitaxia seletiva assistida por modelo ou processo TASE, que foi desenvolvido aqui no IBM Zurich Lab por meus colegas, torna isso possível pela primeira vez.

Como esta pesquisa se compara a outras atividades em andamento em outros lugares?

JG: Mais importante ainda, em comparação com aplicações quânticas ópticas e supercondutoras, a técnica é escalonável e compatível com a eletrônica padrão e processos CMOS.

Que papel você vê para o transporte quântico quando procuramos construir um computador quântico universal?

JG: Vejo o transporte quântico como uma peça essencial. Se você deseja exercer todo o poder da tecnologia da informação quântica, precisa conectar tudo de balístico:um sistema quântico que é totalmente balisticamente (quântico) conectado tem um espaço de estado computacional exponencialmente maior em comparação com os sistemas conectados classicamente.

Além disso, conforme declarado acima, os componentes eletrônicos são escalonáveis. Além disso, a combinação de nossas estruturas de nanofios com supercondutores permite a computação quântica protegida topológica, que permite a computação tolerante a falhas. Essas são as principais vantagens em comparação com outras técnicas.

Com que facilidade isso pode ser fabricado usando processos existentes e qual é a próxima etapa?

JG: Esta é uma grande vantagem de nossa técnica porque nossos dispositivos são totalmente integrados aos processos e tecnologias CMOS existentes.

O que vem a seguir para sua pesquisa?

JG: Os próximos passos serão a funcionalização dos cruzamentos, por meio da fixação de peças eletrônicas quânticas computacionais. Começaremos a construir dispositivos híbridos supercondutores / nanofios para tranças de Majorana e anexar pontos quânticos.

Computador quântico universal, aqui vamos nós.