A equipe de pesquisa da Pritzker School of Molecular Engineering da Universidade de Chicago publicou recentemente um artigo na revista npj 2D Materials and Applications, apresentando uma estratégia de computação de alto rendimento projetada para selecionar de forma sistemática materiais bidimensionais adequados para tecnologias quânticas. A abordagem oferece um novo método orientado por dados para identificar materiais 2D ideais e os substratos de suporte correspondentes.
A estabilidade de qubits — medida comumente pelo tempo de coerência de spin — é crucial para seu funcionamento. Materiais 2D, devido à sua espessura na escala atômica, podem reduzir interferências ambientais e são considerados plataformas promissoras para qubits. O primeiro autor do estudo, o pesquisador de pós-doutorado Michael Toriyama, explica: “Como apenas poucos materiais 2D foram explorados como portadores de qubits, sempre faltou ao campo um roteiro abrangente para identificar novos candidatos.” A equipe desenvolveu uma estrutura computacional automatizada capaz de prever o tempo de coerência de qubits em milhares de materiais 2D em contato com diferentes substratos.
Por meio de simulações, o grupo avaliou mais de mil materiais monocamada e descobriu que 189 deles podem oferecer tempos de coerência de spin superiores aos do diamante, um dos suportes mais utilizados. A autora sênior Giulia Galli destaca: “Descobrimos que materiais como WS₂ e certos oxisselenetos de ouro parecem particularmente promissores, com tempos de coerência previstos na faixa de dezenas de milissegundos.” O estudo também avaliou mais de 1500 combinações de materiais 2D com substratos, revelando que a escolha do substrato é um fator crítico, e que certos óxidos ajudam a manter tempos de coerência longos.
Para tornar viável a triagem em grande escala, os pesquisadores também desenvolveram modelos analíticos para estimar rapidamente os tempos de coerência. Com esses modelos, ampliaram o escopo da busca para quase 5000 materiais 2D e identificaram mais de 500 novos candidatos com longos tempos de coerência previstos. O coautor Jiawei Zhan observa que os blocos estruturais desses materiais promissores podem ser adequados para acomodar qubits com propriedades eletrônicas ideais.
O ponto central do estudo é que o número de materiais 2D potencialmente úteis para aplicações quânticas é muito maior do que o atualmente conhecido. Essa estratégia orientada por dados pode ajudar a substituir abordagens de tentativa e erro por um design racional, oferecendo um roteiro sistemático para descobrir a próxima geração de plataformas de qubits.
