Un design completamente nuovo per calcolo quantistico potrebbe rendere la tecnologia molto più semplice ed economica da realizzare, secondo una nuova ricerca.
L’invenzione riguarda un tipo radicalmente nuovo di qubit, la versione quantomeccanica del “bit” di un computer classico.
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La nuova idea significa produzione chip quantistici su scala industriale potrebbe essere molto più economico e più semplice di quanto pensassimo possibile. Questo perché consente di mantenere l’entanglement tra i qubit alla distanza perfetta per poterli costruire sui chip. La ricerca è stata pubblicata in Comunicazioni sulla natura.
Nell’informatica, le informazioni vengono archiviate in bit di “1” o “0”, ma nell’informatica quantistica, il qubit può essere qualsiasi combinazione della sovrapposizione di questi due valori. Ciò si basa sul principio della meccanica quantistica dell’entanglement, il che significa che due atomi possono essere collegati in modo tale che qualsiasi cosa accada a uno influenzi l’altro. Significa anche che un qubit può immagazzinare molte più informazioni di un bit, il che è ciò che rende l’idea del calcolo quantistico così attraente.
Ci sono stati molti tentativi di realizzare qubit, inclusi ioni intrappolati e materiali superconduttori. Molti di questi sfruttano la proprietà dello spin degli elettroni o del nucleo. Questo spin può essere controllato da un campo magnetico, dando loro il nome di qubit di spin.
Ma il problema con gli spin qubit è mantenere il controllo dell’entanglement. Per creare chip, i qubit devono essere distanziati a una distanza di soli 10-20 nanometri, o 50 atomi di distanza, e questo non funziona su un chip di computer.
“Se sono troppo vicini, o troppo distanti, l’”entanglement” tra i bit quantistici – che è ciò che rende i computer quantistici così speciali – non si verifica”, disse Guglielmo Tosi, dell'Università del Nuovo Galles del Sud in Australia, che ha inventato il nuovo qubit.
Infradito
I nuovi qubit sono chiamati “qubit flip-flop” e utilizzano l’elettrone e il nucleo di un atomo di fosforo. La differenza è che sono controllati da un segnale elettrico anziché magnetico. I segnali elettrici sono molto più facili da distribuire, il che significa che i qubit possono trovarsi esattamente alla distanza corretta.
Il qubit funziona allontanando l’elettrone dal nucleo utilizzando un campo elettrico, creando un dipolo elettrico – con una carica positiva da un lato e una negativa dall’altro.
“Questo è il punto cruciale”, ha detto Andrea Morello, leader del team dietro la progettazione. “Questi dipoli elettrici interagiscono tra loro su distanze abbastanza grandi, una buona frazione di micron o 1.000 nanometri”.
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“Ciò significa che ora possiamo posizionare i qubit a singolo atomo molto più distanti di quanto ritenuto possibile in precedenza. Quindi c'è molto spazio per intervallare i componenti classici chiave come interconnessioni, elettrodi di controllo e dispositivi di lettura, pur mantenendo la precisa natura atomica del quanto morso."
"È un design brillante e, come molti di questi passi concettuali, è sorprendente che nessuno ci avesse pensato prima", ha detto Morello. “Ciò che Guilherme e il team hanno inventato è un nuovo modo di definire uno ‘spin qubit’ che utilizza Entrambi l'elettrone E il nucleo dell’atomo”.
Morello ha aggiunto che il concetto di Tosi è significativo quanto un articolo fondamentale del 1998 Natura, di Bruce Kane. Quel documento ha trovato una nuova architettura che potrebbe trasformare in realtà un computer quantistico basato sul silicio, innescando la corsa dell’Australia per costruire un computer quantistico.
"Come l'articolo di Kane, questa è una teoria, una proposta: il qubit deve ancora essere costruito", ha detto Morello. “Abbiamo alcuni dati sperimentali preliminari che suggeriscono che è del tutto fattibile, quindi stiamo lavorando per dimostrarlo pienamente. Ma penso che questo sia visionario quanto l’articolo originale di Kane”.
Immagini: Tony Melov/UNSW
