Um estudo publicado recentemente na revista Nature mostra que uma equipa de investigação da Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda, realizou operações lógicas quânticas entre "qubits móveis" num chip quântico de silício e, posteriormente, completou o teletransporte quântico dentro do chip. Isto significa que os qubits, originalmente fixos, podem agora mover-se e trocar informações dentro do chip como "mensageiros" de informação, fornecendo uma nova abordagem para a futura construção de computadores quânticos escaláveis e de grande escala.
A realização prática de computadores quânticos em grande escala tem estado bloqueada por um problema-chave: é difícil para os qubits "comunicarem" entre si de forma flexível e eficiente. Nos chips quânticos tradicionais, os qubits estão geralmente fixos em posições específicas e só podem interagir com os seus "vizinhos" próximos. Esta limitação torna a transmissão de informação extremamente complexa quando a escala do chip aumenta.
Desta vez, a equipa propôs uma nova solução semelhante a um "tapete rolante", denominada "shuttle no modo tapete rolante", que utiliza campos elétricos móveis para transportar eletrões dentro do chip de silício. Como o spin do eletrão pode funcionar como um qubit, eles estão, na prática, a "transportar" informação quântica.
O dispositivo utilizado na experiência é um dispositivo de silício com uma matriz linear de pontos quânticos. Os pontos quânticos podem ser entendidos como "armadilhas eletrónicas" microscópicas capazes de confinar um único eletrão. A equipa colocou primeiro dois eletrões em extremidades opostas do chip e, em seguida, através do controlo preciso da voltagem das portas metálicas, criou uma região de potencial elétrico móvel dentro do chip, transportando lentamente os eletrões para o centro.
Quando os dois eletrões se aproximam o suficiente, os seus estados quânticos acoplam-se, realizando assim uma operação de dois qubits. Posteriormente, aplicam-se sinais elétricos inversos para enviar os eletrões de volta às suas posições originais para a leitura dos resultados. Todo o processo é como dois "mensageiros" transportando informação que se encontram no centro do chip, trocam informações e depois regressam cada um ao seu lugar.
Numa segunda experiência, a equipa também demonstrou o teletransporte quântico. Primeiro, fizeram com que dois eletrões formassem um entrelaçamento quântico, ou seja, estabeleceram uma ligação quântica que se mantém independentemente da distância. Depois, com a ajuda deste par de eletrões entrelaçados, "teletransportaram" o estado de um terceiro qubit para um eletrão na outra extremidade do chip.
Esta arquitetura de "qubits móveis" promete ser uma base importante para futuros processadores quânticos semicondutores de grande escala. Em teoria, também pode ser compatível com os processos de fabrico existentes na indústria de chips, abrindo caminho para a produção em massa de chips quânticos no futuro. No entanto, ainda há um longo caminho a percorrer até à realização de computadores quânticos verdadeiramente práticos. Questões como a estabilidade do estado quântico, o controlo de erros e a integração em grande escala continuam a ser desafios que a área precisa de superar.