Para uma construção em escala industrial de computadores quânticos?
Dentro da Universidade de Columbia, uma equipe liderada por Sebastian Will e Nanfang Yu posicionou com sucesso 1000 átomos de estrôncio. Esta proeza utiliza pinças ópticas auxiliadas pelo uso de metasuperfícies, conforme relatado em seu estudo publicado na
Nature. Sua demonstração indica que esta abordagem poderia ser ampliada para montagens que excedam 100.000 átomos. Os átomos constituem qubits naturais, perfeitamente idênticos e simples de gerenciar em grandes quantidades, o que facilita grandemente a fabricação de computadores quânticos.
Ilustração de uma rede de átomos neutros.
Crédito: Will Lab, Universidade de Columbia
Normalmente, as pinças ópticas empregam lasers altamente focalizados para manter cada átomo no lugar. A criação de grandes redes com esta técnica exige equipamentos volumosos e onerosos. As metasuperfícies oferecem uma alternativa compacta e de alto desempenho: estes componentes planos convertem um único feixe de luz em múltiplos pontos de aprisionamento, permitindo o controle simultâneo de vários milhares de átomos.
A fabricação das metasuperfícies envolve o uso de nanopixels menores que o comprimento de onda da luz empregada. Esta característica lhes confere a capacidade de modelar a luz com extrema precisão, sem recorrer a elementos ópticos adicionais. Além disso, estes materiais toleram lasers de alta potência, indispensáveis para capturar uma grande quantidade de átomos. Esta resistência permite vislumbrar aplicações em grande escala.
Esquema ilustrando como uma metasuperfície gera vários feixes focalizados a partir de um único laser.
Crédito: Laboratórios Will e Yu, Universidade de Columbia Para mostrar toda a flexibilidade de sua plataforma, a equipe produziu diversos arranjos de átomos, como uma rede quadrada de 1024 sítios ou padrões mais artísticos, como a Estátua da Liberdade. Uma metasuperfície de 3,5 mm de diâmetro, que contém milhões de nanopixels, pode gerar até 360.000 pinças ópticas, superando nitidamente o desempenho das técnicas atuais.
No futuro próximo, os cientistas pretendem empregar lasers mais energéticos para capturar várias centenas de milhares de átomos. Este progresso poderia beneficiar não apenas o domínio dos computadores quânticos, mas também outras áreas como a modelagem de fenômenos físicos ou o projeto de relógios atômicos ainda mais precisos. A aliança das pinças ópticas e das metasuperfícies desenha, portanto, um futuro promissor para as tecnologias quânticas.
Visão aproximada de uma metasuperfície de 3,5 mm de diâmetro com alta densidade de nanopixels.
Crédito: Laboratório Yu, Universidade de Columbia