Buongiorno cari lettori, oggi vi andremo a parlare dei computer quantistici a cui vengono stampati ben 150 mila qubit su un chip.

I computer quantistici possono teoricamente risolvere problemi che nessun computer classico potrebbe mai, anche per miliardi di anni, ma solo se possiedono molti componenti noti come qubit. Ora gli scienziati hanno fabbricato più di 150.000 qubit a base di silicio su un chip che potrebbero essere in grado di collegare insieme alla luce, per aiutare a formare potenti computer quantistici collegati da una Internet quantistica.

I computer classici attivano o disattivano i transistor per rappresentare i dati come uno o zero. Al contrario, i computer quantistici utilizzano bit quantistici, noti anche come qubit. A causa della natura surreale della fisica quantistica, i qubit possono esistere in uno stato chiamato sovrapposizione, in cui sono essenzialmente sia 1 che 0 allo stesso tempo. Questo fenomeno consente a ciascun qubit di eseguire due calcoli contemporaneamente. Più qubit sono collegati meccanicamente all’interno di un computer quantistico, maggiore è la sua potenza di calcolo.

Attualmente i computer quantistici sono piattaforme quantistiche su scala intermedia (NISQ) rumorose, il che significa che i loro qubit contano fino a poche centinaia al massimo. Per dimostrarsi utili per applicazioni pratiche, i futuri computer quantistici avranno probabilmente bisogno di migliaia di qubit per compensare gli errori.

Ci sono molti diversi tipi di qubit in fase di sviluppo, come circuiti di superconduttori, ioni intrappolati elettromagneticamente e persino neon congelati. Recentemente gli scienziati hanno scoperto che i cosiddetti qubit di spin prodotti in silicio possono rivelarsi particolarmente promettenti per il calcolo quantistico.

“Gli spin del silicio sono alcuni dei migliori qubit naturali della natura”, afferma l’autrice cosenior dello studio Stephanie Simmons, ingegnere quantistico presso la Simon Fraser University di Burnaby, BC, Canada.

Lo “spin” nei qubit di spin è il momento angolare di una particella come un elettrone o un nucleo atomico. La rotazione può puntare in alto o in basso in un modo analogo all’ago di una bussola che punta a nord o a sud.

I qubit spin di silicio sono tra i qubit più stabili creati fino ad oggi. Inoltre, questa tecnologia può teoricamente aumentare rapidamente con il supporto dei decenni di lavoro spesi per sviluppare l’industria globale dei semiconduttori.

Finora, gli scienziati avevano misurato i singoli spin solo elettricamente nel silicio. Questo a sua volta significava che l’unico modo per intrappolare gli spin era elettromagneticamente, “che deve essere fatto con qubit molto vicini l’uno all’altro”, dice Simmons. “Questo è difficile da scalare dal punto di vista ingegneristico.”

Ora, per la prima volta, i ricercatori hanno rilevato i singoli giri otticamente in qubit in silicio. Tale accesso ottico agli spin qubit suggerisce che un giorno potrebbe essere possibile utilizzare la luce per “avere qubit che si aggrovigliano tra loro attraverso un chip o attraverso un data center con la stessa facilità come se fossero fianco a fianco”, afferma Simmons.

I nuovi qubit di spin si basano su centri di danno da radiazioni, difetti all’interno del silicio creati utilizzando l’impianto di ioni o l’irradiazione con elettroni ad alta energia. Nello specifico, sono centri T , ciascuno composto da due atomi di carbonio, un atomo di idrogeno e un elettrone spaiato.

Ciascun centro T presenta uno spin dell’elettrone spaiato e uno spin nucleare dell’idrogeno, ognuno dei quali può fungere da qubit. Lo spin dell’elettrone può rimanere coerente o stabile per più di 2 millisecondi; lo spin nucleare dell’idrogeno può rimanere tale per più di 1,1 secondi. “La lunga durata dei nostri qubit di spin in silicio è già abbastanza competitiva e abbiamo idee su come spingerli oltre”, afferma Simmons.

I ricercatori hanno stampato 150.000 punti soprannominati “microdischi” su wafer fotonici integrati di silicio su isolante standard del settore. Le lunghezze d’onda emesse da questi qubit di spin si trovano nella banda O del vicino infrarosso . Ciò significa che questi qubit di spin possono collegarsi con altri qubit emettendo il tipo di luce spesso utilizzato nelle reti di telecomunicazioni, aiutando i qubit a lavorare insieme all’interno di un processore quantistico e aiutando i computer quantistici a collaborare su un Internet quantistico.

Inoltre, “l’elettrone e il qubit di spin nucleare possono essere gestiti insieme: lo spin nucleare come qubit di memoria di lunga durata e lo spin dell’elettrone come qubit di comunicazione accoppiato otticamente, e le informazioni possono essere scambiate tra di loro utilizzando campi a microonde”, afferma Simmons . “Nessun altro sistema quantistico fisico combina memorie quantistiche ad alte prestazioni, collegamenti diretti e forti ai fotoni delle telecomunicazioni e le prospettive commerciali del silicio, che è la piattaforma migliore al mondo sia per la microelettronica moderna che per la fotonica integrata”.

Tutto sommato, “siamo molto entusiasti della scalabilità fondamentale di questi qubit”, afferma Simmons. “È un nuovo arrivato nella corsa internazionale per un computer quantistico e pensiamo che le prospettive siano molto luminose”.

Sebbene i ricercatori abbiano fabbricato molti qubit in questo nuovo studio, “questi non sono ancora stati collegati a un computer quantistico funzionante”, avverte Simmons. “L’accesso ottico a questi giri renderà questo cablaggio molto più semplice rispetto a molti altri approcci, ma questa tecnologia è ancora molto giovane e c’è molto lavoro da fare”.