Descrição
O domínio da computação quântica vem se mostrando como a próxima revolução tecnológica do nosso tempo. Apesar da teoria ser bem estabelecida e já existirem diversos algoritmos quânticos, existe um grande desafio para torná-los úteis de maneira geral, já que a construção de qubits estáveis em larga escala - com milhões de qubits, é muito sensível a temperatura e interações externas. Existem diferentes abordagens na construção de qubits como uso de fótons emaranhados, supercondutividade, átomos ou íons aprisionados e também através de materiais semicondutores. Os tamanhos usuais dos dispositivos semicondutores para produção de qubits aumentam a expectativa de que uma vez consolidados possam ser fabricados em escala e encapsulados em circuitos integrados, popularizando e barateando a tecnologia. Existem diversos sistemas semicondutores cujo estudo podem ser qubits viáveis e úteis para o desenvolvimento das tecnologias de computação não-clássicas. Entre os mais conhecidos, podem ser utilizados redes com impurezas doadoras de elétrons, que são ótimos qubits isolados, com excelentes tempos de coerência (1) e os Quantum Dots (QD) que são mais facilmente acopláveis e existe um certo domínio em sua fabricação. (2) No caso dos sistemas com impurezas não é fácil realizar o acoplamento de múltiplos qubits, além de ser necessário ter uma precisão quase atômica no posicionamento do dopante, o que dificulta sua construção. Em geral, os materiais utilizados para a construção de QD são junções de arsenetos do tipo III-V (GaAs, InAs, AlAs) cuja produção é feita através da epitaxia por feixe molecular, que possui uma baixa densidade de erros. Porém, devido as possíveis aplicações na computação quânticausando qubits baseados em spin, existe um crescente interesse em nanoestruturas de silício, que no entanto, possuem tamanhos menores (≈ 20 nm) que os QDs dos arsenetos, devido as massas efetivas serem maiores neste material e portanto são um desafio para sua fabricação. (3) Uma abordagem mista poderia usar os QD para mediar a interação entre as impurezas, facilitando a fabricação e seu acoplamento. Dessa forma, uma abordagem atomística, que em geral produz bons resultados, poderia ser utilizada porém tal abordagem não escala muito bem com o número de átomos. Assim, para tornar possível tratar sistemas mais realistas de engenharia usaremos o formalismo de massa efetiva, em que os resultados são satisfatórios contanto que as aproximações feitas sejam tais que levem em conta as interações mais importantes na descrição do sistema.
Referências
1 KANE, B. E. A silicon-based nuclear spin quantum computer. Nature, v. 393, p. 133-137, May 1998. DOI: https://doi.org/10.1038/30156.
2 LOSS, D.; DIVINCENZO, D. P. Quantum computation with quantum dots. Physical Review A, v. 57, n. 1, p. 120-126, Jan. 1998. DOI: https:/doi.org/10.1103/PhysRevA.57.120.
3 CHATTERJEE, A. et al. Semiconductor qubits in practice. Nature Reviews Physics, v. 3, p. 157-177, Feb. 2021. DOI: https://doi.org/10.1038/s42254-021-00283-9.
| Certifico que os nomes citados como autor e coautor estão cientes de suas nomeações. | Sim |
|---|---|
| Palavras-chave | Fisica |
| Orientador e coorientador | Guilherme Matos Sipahi |
| Subárea 1 | Física Computacional |
| Subárea 2 (opcional) | Informação e Computação Quântica |
| Subárea 3 (opcional) | Física da Matéria Condensada |
| Subárea 4 (opcional) | Física Atômica e Molecular |
| Agência de Fomento | CAPES |
| Número de Processo | 8887.821568/2023-00 |
| Modalidade | MESTRADO |
| Concessão de Direitos Autorais | Sim |
