Um só ato

Descobertas simultâneas fazem elétron conversar diretamente com fóton

Redação do Site Inovação Tecnológica -  31/01/2018

Fazer com que elétrons conversem diretamente com fótons é um feito com amplos desdobramentos tecnológicos - esta imagem ilustra o feito da equipe que trabalhou com o material bidimensional WS2. [Imagem: TU Delft/Scixel]

Descobertas simultâneas

A corrida por uma nova plataforma de computação - que vá além da eletrônica atual - já conta com competidores de peso, como processadores quânticos, spintrônicos, neuromórficos, fotônicos etc.

Agora essa corrida ficou ainda mais disputada graças ao surgimento não de um, mas de dois competidores híbridos, que fundem a fotônica (processadores que funcionam com luz em vez de eletricidade) com a spintrônica (processadores que usam o spin dos elétrons, e não sua carga).

E os novos competidores já surgem com uma vantagem: eles são baseados em componentes de silício, o que significa que é mais fácil passar a coisa do laboratório para a indústria.

Outro detalhe interessante é que se trata de um feito raro na ciência - duas equipes da Universidade de Delft, na Holanda, trabalhando em laboratórios vizinhos, mas de forma independente uma da outra, descobriram ao mesmo tempo como fazer com que elétrons conversem diretamente com fótons.

As duas técnicas, que foram publicadas em artigos separados pela revista Science, prometem ajudar a conectar múltiplos qubits dentro de um mesmo processador quântico, superando a limitação de outras plataformas, como a dos qubits supercondutores, e viabilizar novas formas de processamento de dados mais energeticamente eficientes.

Spin fala com fóton 1

A equipe liderada por Su-Hyun Gong descobriu uma forma de converter a informação contida no spin de um elétron em um sinal de luz - um fóton - usando um material bidimensional, o dissulfeto de tungstênio (WS2), um metal dicalcogeneto com propriedades similares às da mais conhecida molibdenita. E tudo funciona a temperatura ambiente.

Isto significa que os dados podem ser armazenados em uma estrutura - o spin de um elétron - que consome uma quantidade irrisória de eletricidade em comparação com os fluxos de elétrons atuais, e ainda pode ser diretamente traduzido para transmissão da informação dentro do chip ou para fora do computador.

"Esta combinação pode muito bem resultar em estratégias verdes de processamento de informações em nanoescala," disse o professor Kobus Kuipers, coordenador da equipe, acentuando que o mecanismo também é útil no campo emergente da valetrônica.

 A segunda equipe está trabalhando com qubits em uma plataforma de silício. [Imagem: TU Delft]

Spin fala com fóton 2

A equipe liderada por Nodar Samkharadze descobriu como acoplar o spin do elétron a um fóton de micro-ondas.

"O spin do elétron é aprisionado em um ponto quântico duplo de silício e o fóton de micro-ondas é armazenado em um ressonador supercondutor de alta impedância dentro do chip. O componente de campo elétrico do fóton na cavidade se acopla diretamente ao dipolo de carga do elétron no ponto quântico duplo e, indiretamente, ao spin do elétron, por meio de um forte gradiente de campo magnético local gerado por um micromagneto próximo," detalhou a equipe.

Isto significa que a informação guardada no spin de um elétron - que pode funcionar também como qubit - fala diretamente com um meio de transmissão de dados - as micro-ondas.

"Isso é importante para conectar bits quânticos distantes em um chip de silício, abrindo o caminho para aumentar a escala dos bits quânticos dentro dos chips de silício," disse Guoji Zheng, membro da equipe.

Bibliografia:

Nanoscale chiral valley-photon interface through optical spin-orbit coupling
Su-Hyun Gong, Filippo Alpeggiani, Beniamino Sciacca, Erik C. Garnett, L. Kuipers
Science
Vol.: 359, Issue 6374, pp. 443-447
DOI: 10.1126/science.aan8010

Strong spin-photon coupling in silicon
N. Samkharadze, G. Zheng, N. Kalhor, D. Brousse, A. Sammak, U. C. Mendes, A. Blais, G. Scappucci, L. M. K. Vandersypen
Science
Vol.: eaar4054
DOI: 10.1126/science.aar4054