Por Chetan Nayak, Hardware GM Quantum
Em um artigo publicado na Nature Physics, uma equipe de pesquisadores da Microsoft e da Universidade de Copenhagen demonstrou uma nova heteroestrutura com propriedades notáveis. Uma heteroestrutura é, basicametne, um dispositivo formado a partir de um sanduíche entre materiais sólidos diferentes. Quando as interfaces entre os materiais estão limpas, o dispositivo pode ter propriedades que seriam difíceis, senão impossíveis de obter em qualquer material. Mas quando as interfaces contêm impurezas, o dispositivo pode capturar as piores, em vez das melhores propriedades, dos materiais que o compõem.
O dispositivo descrito no novo artigo da Microsoft-Universidade de Copenhagen é uma heteroestrutura entre um semicondutor, um supercondutor e um ferromagneto. Os três materiais e as interfaces entre eles foram fabricados em uma máquina de epitaxia de feixe molecular de ultra-alto vácuo (MBE), possibilitada pela compatibilidade entre as condições de crescimento e fabricação dos três materiais – sulfeto de európio (ferromagneto), alumínio (supercondutor ) e arsenieto de índio (semicondutor) – levando a interfaces extremamente planas e limpas.
Os autores mostraram que o dispositivo possui supercondutividade e ferromagnetismo sintonizáveis por porta induzidos e coexistindo no semicondutor. Esses dois fenômenos, normalmente antitéticos, são capazes de coexistir pacificamente devido a uma propriedade do arsenieto de índio chamada acoplamento spin-órbita. Na verdade, quando essa coexistência ocorre em um dispositivo de fio quântico do tipo fabricado e medido pela equipe da Microsoft-Copenhagen University, os modos zero de Majorana podem resultar, permitindo que esse fio seja um componente integral de um computador quântico topológico. O novo artigo de física da Nature mostra dados que são consistentes com a presença de modos zero Majorana em seus dispositivos.
Dispositivos anteriores sem uma camada ferromagnética exibiram assinaturas semelhantes na aplicação de um grande campo magnético, em uma direção alinhada com o fio. Mas um campo tão grande traz problemas próprios, incluindo a necessidade de alinhar todos os fios em um computador quântico topológico com uma precisão bastante alta, bem como o possível efeito do campo em outros componentes mais altos na pilha. Nos dispositivos criados pela equipe Microsoft-Universidade Copenhagen, o momento magnético devido à camada ferromagnética é altamente localizado e alinhado automaticamente com um eixo de cristal preferido.
O programa Quantum da Microsoft fez uma grande aposta de que novos métodos para o design, fabricação e medição desses tipos de novas heteroestruturas serão essenciais se quisermos construir um computador quântico em escala comercial. Embora alguns possam argumentar que as ferramentas inventadas para dispositivos clássicos serão suficientes para produzir dispositivos quânticos, a Microsoft e a Universidade de Copenhague já mostraram em trabalhos anteriores que há muito imaginadas, mas nunca antes realizadas, combinações de elementos supercondutores e semicondutores poderiam ser cultivadas e fabricadas via MBE e sondado por transporte quântico, derrubando a sabedoria convencional sobre o que é possível.
Assim, este trabalho, tem interesse intrínseco como um novo tipo de dispositivo com uma combinação única de recursos e também é um passo significativo para a criação de sistemas de computação quântica topológica mais simples. É também outro exemplo de como a Microsoft e seus parceiros, como a Universidade de Copenhagen, estão reinventando a ciência e a engenharia dos dispositivos quânticos.
