Os pesquisadores desenvolveram um novo supercondutor baseado em germânio, um material já onipresente na indústria de computação, potencialmente desbloqueando avanços significativos na tecnologia de computadores quânticos. A descoberta aborda um obstáculo crucial na computação quântica: a necessidade de materiais que exibam supercondutividade e possam ser perfeitamente integrados nos processos existentes de fabricação de chips.
O que é supercondutividade e por que isso é importante?
Supercondutores são materiais capazes de conduzir eletricidade com resistência zero. Esta propriedade é excepcionalmente valiosa em qualquer dispositivo elétrico, pois elimina a perda de energia devido ao calor. Crucialmente para a computação quântica, os supercondutores também mantêm a coerência quântica – um fenômeno essencial para a manipulação e armazenamento de informações quânticas.
O desafio de integrar supercondutores à computação
Os supercondutores anteriores, embora eficazes, eram muitas vezes feitos de materiais incomuns e difíceis de trabalhar. Isto representou uma barreira significativa para incorporá-los em dispositivos de computação práticos, particularmente em computadores quânticos que requerem circuitos complexos.
Uma nova abordagem: germânio dopado com gálio
Peter Jacobson, da Universidade de Queensland, na Austrália, e a sua equipa criaram um supercondutor à base de germânio, introduzindo gálio no material através de um processo chamado doping. Ao contrário de tentativas anteriores de combinações semelhantes, que se revelaram instáveis, a equipa de Jacobson empregou irradiação de raios X para forçar uma distribuição mais uniforme de gálio dentro da película de germânio. Isso resultou em estruturas padronizadas e estáveis.
Requisitos de superresfriamento e cenário da computação quântica
É importante notar que este novo supercondutor, tal como os existentes, não funciona à temperatura ambiente. Requer temperaturas extremamente baixas – especificamente, 3,5 Kelvin (-270°C/-453°F) – para funcionar. Embora isso elimine seu uso em dispositivos de consumo típicos, David Cardwell, da Universidade de Cambridge, sugere que é um ajuste perfeito para a computação quântica, que já necessita de super-resfriamento.
“Poderia ser transformacional para a tecnologia quântica”, diz Cardwell. “Isso proporciona um nível totalmente novo de funcionalidade, porque de qualquer maneira você tem um ambiente muito frio. Esse seria, eu acho, o ponto de partida óbvio.”
Superando o problema de defeito na estrutura cristalina
Tentativas anteriores de combinar supercondutores com semicondutores (componentes principais de dispositivos de computação) resultaram em defeitos na estrutura cristalina – um grande obstáculo para aplicações práticas. Esses defeitos levam à absorção do sinal e interferem nas operações quânticas precisas.
“A desordem é realmente um efeito parasita na tecnologia quântica”, explica Jacobson. “Isso causa absorção de seus sinais.”
Uma estrutura cristalina uniforme para funcionalidade aprimorada
O recém-desenvolvido supercondutor de germânio dopado com gálio supera esse problema, permitindo que camadas do material e camadas de silício (outro semicondutor comum) fiquem diretamente umas sobre as outras sem perturbar a estrutura cristalina. Isso abre caminho para a fabricação de chips integrados que aproveitam as vantagens exclusivas dos semicondutores e dos supercondutores. Esses chips combinados têm o potencial de melhorar drasticamente a eficiência e a confiabilidade dos computadores quânticos.
Concluindo, a criação de um supercondutor de germânio estável e de fácil fabricação representa um avanço significativo para a computação quântica. Ao abordar questões relacionadas à integração de materiais e defeitos na estrutura cristalina, esta inovação abre possibilidades para tecnologias quânticas mais poderosas e confiáveis
