Uma das perspectivas da computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica \u00e9 usar propriedades de part\u00edculas para realizar processamento e armazenamento de informa\u00e7\u00f5es. Em princ\u00edpio, isso poderia gerar computadores vastamente mais r\u00e1pidos e eficientes que os atuais (pelo menos para alguns tipos de c\u00e1lculo) e produzir formas de comunica\u00e7\u00e3o seguras e inviol\u00e1veis, entre outras aplica\u00e7\u00f5es. Mas h\u00e1 desafios em como controlar e manipular adequadamente esses estados qu\u00e2nticos.<\/p>\n
Nesse sentido, um trabalho importante acaba de ser publicado por um grupo de pesquisadores na Su\u00ed\u00e7a, no Brasil e nos Estados Unidos. Ele versa sobre como controlar a chamada intera\u00e7\u00e3o spin-\u00f3rbita em el\u00e9trons.<\/p>\n
“Em anos recentes, o spin dos el\u00e9trons tem sido utilizado para armazenar informa\u00e7\u00e3o e possivelmente para ser um qubit no contexto de computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica”, explica Carlos Egues, pesquisador do Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos da Universidade de S\u00e3o Paulo (IFSC-USP) e co-autor do estudo. “E o spin do el\u00e9tron pode afetar o pr\u00f3prio movimento do el\u00e9tron. Essa intera\u00e7\u00e3o \u00e9 chamada de intera\u00e7\u00e3o spin-\u00f3rbita.”<\/p>\n
Essa \u00e9 uma consequ\u00eancia muito interessante porque, se h\u00e1 um chamado “acoplamento” entre spin e movimento, ao induzir um el\u00e9tron a mudar de lugar, com a gera\u00e7\u00e3o de um campo el\u00e9trico, \u00e9 poss\u00edvel controlar o pr\u00f3prio spin. E, isso, claro, \u00e9 de grande interesse para computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica.<\/p>\n
Em seu artigo publicado no “Physical Review X” em 18 de julho, Florian Dettwiler, da Universidade da Basileia, na Su\u00ed\u00e7a, e seus colegas se concentraram na investiga\u00e7\u00e3o de uma nanoestrutura de semicondutores bastante comum, o chamado po\u00e7o qu\u00e2ntico em arsenieto de g\u00e1lio (AsGa), onde os el\u00e9trons ficam confinados em uma regi\u00e3o bidimensional, ou seja, seu movimento est\u00e1 limitado a um \u00fanico plano. Nele, existem dois tipos de intera\u00e7\u00e3o spin-\u00f3rbita, uma conhecida como Rashba e outra como Dresselhaus, em homenagem a seus primeiros investigadores.<\/p>\n
Combinando experimentos e simula\u00e7\u00f5es, os pesquisadores mostraram que \u00e9 poss\u00edvel controlar precisamente tanto a intensidade da intera\u00e7\u00e3o de Rashba quanto a de Dresselhaus. “Em particular, mostramos ser poss\u00edvel sintoniz\u00e1-las para ter exatamente o mesmo valor, e n\u00e3o apenas em um ponto particular do espa\u00e7o de par\u00e2metros do sistema. Mostramos que \u00e9 poss\u00edvel ter os acoplamentos emparelhados e id\u00eanticos em uma faixa ampla de densidade de el\u00e9trons e voltagens aplicadas”, conta Egues.<\/p>\n
E por que isso seria importante? “Mostrou-se j\u00e1 h\u00e1 alguns anos que, quando as constantes de acoplamento s\u00e3o id\u00eanticas, \u00e9 poss\u00edvel criar no sistema texturas de spins que s\u00e3o robustas quando formadas”, diz o pesquisador brasileiro, completando que j\u00e1 se havia demonstrado essas texturas helicoidais experimentalmente, mas apenas em um \u00fanico ponto do “espa\u00e7o de par\u00e2metros” do sistema. No novo trabalho, os pesquisadores mostraram que \u00e9 poss\u00edvel obter o mesmo resultado, mas em uma faixa ampla de par\u00e2metros. “Com isso, vislumbramos a possibilidade de gerar texturas de spin que podem ser ‘esticadas’ como se fossem el\u00e1sticas, apenas pela aplica\u00e7\u00e3o de ‘gates’ (ou tens\u00f5es) apropriados.”<\/p>\n
Essas texturas, por sua vez, podem ser muito importantes para transferir informa\u00e7\u00e3o num sistema de computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica \u2013 uma escala, que no caso, \u00e9 de cerca de 20 micr\u00f4metros. Um importante avan\u00e7o.<\/p>\n
O lado te\u00f3rico do trabalho foi todo feito no IFSC-USP, por Egues e seu ent\u00e3o p\u00f3s-doutorando, Jiyong Fu, que hoje \u00e9 professor visitante na UnB (Universidade de Bras\u00edlia).<\/p>\n