I qubit mobili su un chip ci avvicinano di un passo ai computer quantistici di uso quotidiano.

Per anni, i computer quantistici sono stati avvolti da un’enorme bolla di clamore, promettendo di rivoluzionare numerosi campi, dalla medicina e dalla progettazione di batterie alla scienza dei materiali e alla sicurezza informatica. Ma la realizzazione del loro potenziale a livello pratico sarà possibile solo se un gran numero di qubit (le unità di informazione fondamentali) potrà interagire tra loro con elevata precisione e flessibilità.

Uno dei principali ostacoli a questa tecnologia è che i qubit tradizionali sono fissi, il che significa che possono comunicare solo con i loro vicini immediati. Ma in un nuovo articolo pubblicato su Nature , gli scienziati descrivono come hanno superato questa limitazione utilizzando qubit mobili che possono essere spostati all’interno di un chip. Lars R. Schreiber del JARA-FIT Institute for Quantum Information in Germania ha anche pubblicato un articolo di opinione sulla stessa rivista.

qubit in movimento

Un team di ricercatori guidato da Lieven Vandersypen dell’Università di Tecnologia di Delft, nei Paesi Bassi, ha sviluppato un metodo per spostare i qubit su un chip di silicio, chiamato ” trasporto in modalità convogliatore” , che utilizza campi elettrici in movimento per trasportare gli elettroni. Poiché il dispositivo è realizzato in silicio, può essere prodotto con gli stessi metodi impiegati per la costruzione dei moderni chip per computer.

Nel loro esperimento, hanno utilizzato un dispositivo al silicio con una matrice lineare di punti quantici, ovvero trappole microscopiche che contengono singoli elettroni. Hanno posizionato due elettroni, che fungevano da qubit, in punti quantici separati alle estremità opposte del dispositivo.

In seguito, il team ha applicato una sequenza coordinata di tensioni a dei gate metallici sul chip, creando regioni elettriche in movimento che trasportavano gli elettroni verso il centro del dispositivo.

Quando gli elettroni sono stati avvicinati, i loro stati quantistici hanno iniziato a interagire. “Dimostriamo operazioni a due qubit tra due spin elettronici che si muovono l’uno verso l’altro in minimi di potenziale separati in un dispositivo a semiconduttore”, hanno scritto gli scienziati nel loro articolo.

Per eseguire un’operazione di logica quantistica, i ricercatori hanno controllato la tempistica e la distanza tra gli elettroni. Infine, hanno invertito i segnali elettrici per riportare gli elettroni al loro punto di partenza, in modo da poter leggere i dati.

Costruire un ponte quantistico

In un secondo esperimento, gli autori dello studio hanno dimostrato la teletrasportazione quantistica . Hanno creato un legame quantistico permanente tra due elettroni, intrecciandoli tra loro, e li hanno poi separati in diverse parti del chip. Successivamente, hanno introdotto un terzo qubit e utilizzato la coppia di elettroni intrecciati per trasferire il loro stato quantistico a un altro elettrone in un’altra posizione del chip.

Si tratta di una svolta significativa, ma non significa necessariamente che i computer quantistici diventeranno presto una realtà quotidiana, poiché ci sono ancora numerose sfide da superare. Ciononostante, il team di ricerca ritiene che la loro architettura a qubit mobili giocherà un ruolo chiave. “Prevediamo che le operazioni su qubit mobili diventeranno una caratteristica universale dei futuri processori quantistici a semiconduttore su larga scala”, hanno affermato i ricercatori.

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