Physics News Update nº 858

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 858, de 14 de março de 2008 por Phillip F. Schewe e Jason S. Bardi.
PHYSICS NEWS UPDATE
O MENOR ANEL DE DIAMANTES DO MUNDO, medindo somente 5 mícrons (milionésimos de metro) de diâmetro e 300 nanômetros (bilionésimos de metro) de espessura, foi feito pelos cientistas na Universidade de Melbourne.
O anel é um componente em um dispositivo para a produção e detecção de fótons isolados. Uma figura do anel (ver a imagem aqui) foi exibida por Steven Prawer em uma sessão dedicada aos circuitos com base em diamantes artificiais, durante o Encontro de Março da Sociedade Americana de Física (American Physical Society = APS) em Nova Orleans. Para mais informações sobre o trabalho australiano ver na página do Centre for Quantum Computer Technology.
QUBITS DE DIAMANTE. Essa sessão da APS apresentou diversos outros resultados impressionantes no processamento quântico de informação (quantum information processing = QIP).
Mas, em primeiro lugar: por que diamantes? O diamante é um excelente condutor de calor e isolante elétrico, e parece que vai ser um excelente hospedeiro para os qubits. Qubits são um tipo especial de bit. Diferentemente dos bits (que podem ter os valores “1” ou “0”), empregados nos computadores digitais normais, os qubits podem ter os valores de 1 e 0 ao mesmo tempo. Isso se deve ao fato de que o qubit se manifesta na forma de um sistema quântico que existe em uma superposição de dois estados diferentes.
Os exemplos incluem fótons que podem estar em qualquer um de dois estados de polarização, ou Pares de Cooper que podem ficar de ambos os lados de uma Junção Josephson, ou o spin total (para cima ou para baixo) de um “ponto quântico” (“quantum dot”).
Uma forma relativamente nova de qubit emprega as duas orientações de um elétron não-emparelhado que circula um estranho tipo de “molécula” no coração de uma película de diamante artificial. A molécula consiste de um átomo de Nitrogênio e um vazio próximo, um local no cristal que não contém qualquer átomo.
As vantagens de empregar esse “centro de cor NV”¹ (assim chamado porque a molécula, quando excitada, re-emite um fóton de cada vez) inclui o fato de que ela é facilmente polarizável por luz laser; ela permanece polarizada até um milissegundo, em comparação com os meros nanossegundos para a maioria dos elétrons em um semicondutor; e tudo isso à temperatura ambiente. Colocar o elétron simultaneamente em ambos os estados de spin o torna um qubit de longa duração.
Com mais algumas redes ópticas, este qubit pode ser emaranhado (colocado em coerência) com outros qubits próximos, criando uma porta lógica ou processador lógico para um futuro computador quântico. (O artigo de David Awschalom na edição de Out 2007 da “Scientific American” fornece um excelente “background”.)
Em rápida sucessão, aqui vão algumas das notícias sobre diamantes do encontro da APS.
ESR DE ELÉTRON ISOLADO. Ronald Hanson (do Instituto Kavli, Delft, Holanda) relatou resultados da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara que revelam a capacidade de inverter o spin de um elétron (associado com o centro NV) em poucos nanossegundos e observar esse elétron, na medida em que o mesmo perde sua determinada polarização, por meio de interações com o ambiente circundante do diamante; este ambiente é chamado de “banho de spin”, já que ele é composto por vários átomos de Nitrogênio circundantes, cujos spins podem ser ajustados.
Hanson argumenta que ele e seus colegas obtiveram ressonância de spin eletrônico (electron spin resonance = ESR, essencialmente o equivalente à ressonância magnética nuclear {nuclear magnetic resonance = NMR}, para elétrons) com sensibilidade para um elétron individual. Os resultados foram igualmente relatados na “Science on-line” de 13 de março.
CONTROLE DE SPIN DE NUCLEOS INDIVIDUAIS. Mikhail Lukin, de Harvard, descreveu o efeito de um núcleo magnético de Carbono-13 no comportamento observado de centros de cor no diamante.
O Carbono-13, um isótopo presente em diamantes muito puros na faixa de 1%, é magnético, ao passo que os núcleos comuns de Carbono-12 não são. Lukin disse que ele espera emaranhar vários desses NV/C-13 qubits, criando um registrador potencial para a realização de processamento quântico (ver Dutt et al., Science, 1 de junho de 2007, para “background”).
Um único átomo de C-13 poderia ser localizado dentro de um espaço de 1 nm e seu spin pode permanecer estável por períodos tão grandes quanto 1 segundo. Além disso, a interação do NV/C-13 fornece uma maneira de realizar espectroscopia NMR em um único spin nuclear isolado e sensoriar campos magnéticos muito fracos.
Lukin e seus colegas realizaram experiências nas quais um sítio NV em um pequeno diamante, montado na extremidade de uma sonda, foi usado para sensoriar a assinatura magnética de uma amostra em repouso logo abaixo. Campos tão pequenos como 10 nanoTesla foram sensoriados. Com efeito, afirmou Lukin, este dispositivo atuou como um magnetômetro de um único átomo.
REDE FOTÔNICA DE QUBIT. Finalmente, Charles Santori (da Hewlett Packard) relatou a criação de qubits em diamantes à temperatura ambiente, sem a necessidade de qualquer campo magnético externo (para polarizar elétrons) ou microondas (para inverter a polarização). Todas essas tarefas, disse ele, podem ser realizadas com um laser de luz visível modulada em duas freqüências.
A abordagem totalmente óptica para a manipulação de spins, empregando guias de onda ópticos e cavidades, era um passo necessário para a aceleração e ampliação da escala do processo de criação e interligação de vários qubits, em um computador quântico viável.
¹ Nota do Tradutor: eu mantive a forma usada pelos redatores do PNU “centro de cor NV” (“NV color center”), embora a forma mais correta talvez não seja essa. O mais usual é chamar isso de “Centro F” (do alemão: Farbzentrum ) e foi assim que eu encontrei referências a esse fenômeno, composto de um átomo de “impureza” (no caso Nitrogênio, “N”) e um “vazio” (“V”).
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PHYSICS NEWS UPDATE é um resumo de notícias sobre física que aparecem em convenções de física, publicações de física e outras fontes de notícias. É fornecida de graça, como um meio de disseminar informações acerca da física e dos físicos. Por isso, sinta-se à vontade para publicá-la, se quiser, onde outros possam ler, desde que conceda o crédito ao AIP (American Institute of Physics = Instituto Americano de Física). O boletim Physics News Update é publicado, mais ou menos, uma vez por semana.
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Como divulgado no numero anterior, este boletim é traduzido por um curioso, com um domínio apenas razoável de inglês e menos ainda de física. Correções são bem-vindas.
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