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    Lo studio del movimento degli elettroni sull'elio potrebbe avere un impatto sul futuro dell'informatica quantistica

    Immagini dell'architettura della trappola elettronica. In alto:Rappresentazione schematica dell'esperimento. Corrente di elettroni di superficie, indotto dalla tensione alternata applicata all'elettrodo sottostante il serbatoio 1, scorre tra i serbatoi 1 e 4 attraverso il microcanale centrale, come mostrato dalla freccia rossa. Medio:sezione trasversale del microcanale centrale intorno all'area della trappola. In basso:fotografia del dispositivo a microcanali su una cella campione in rame, con successive fotografie ravvicinate del canale centrale e dei bacini circostanti. Credito:Okinawa Institute of Science and Technology

    Il futuro dell'informatica quantistica è un argomento scottante non solo per gli esperti, ma anche in molte agenzie commerciali e governative. Piuttosto che elaborare e memorizzare informazioni come bit in transistor o memoria, che limitano le informazioni al binario "1" o "0, "i computer quantistici userebbero invece sistemi quantistici, come gli atomi, ioni, o elettroni, come "qubit" per elaborare e memorizzare "informazioni quantistiche" in, che può essere in un numero infinito di combinazioni di "1 e 0". Grandi aziende tecnologiche, come Google, Microsoft, Intel, e IBM stanno investendo molto in progetti correlati che potrebbero portare alla realizzazione del computer quantistico e delle tecnologie. Allo stesso tempo, università e istituti di ricerca di tutto il mondo stanno ricercando nuovi sistemi quantistici, adottabile per l'informatica quantistica. La Quantum Dynamics Unit presso l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), ha recentemente fatto nuove scoperte sugli elettroni che galleggiano sulla superficie dell'elio liquido, un sistema quantistico che potrebbe essere un nuovo candidato per il calcolo quantistico nella realtà. Questi risultati sono stati pubblicati in Revisione fisica B .

    Uno dei problemi comuni nella ricerca sull'informatica quantistica che utilizza i solidi è che è molto difficile creare qubit perfettamente identici perché difetti intrinseci o impurità nei materiali utilizzati influiscono in modo casuale sulle prestazioni di ogni singolo qubit. "La nostra motivazione per perseguire un sistema di elio liquido è che è intrinsecamente puro e privo di difetti, che teoricamente consente la creazione di qubit perfettamente identici. Inoltre, possiamo spostare gli elettroni in questo sistema di elio liquido, che è difficile o quasi impossibile in altri sistemi quantistici, " ha spiegato il prof. Denis Konstantinov, capo dell'Unità di Dinamica Quantistica. Perciò, si ritiene che l'adozione di questo sistema per il calcolo quantistico potrebbe portare l'intero campo al livello successivo.

    L'utilizzo di elettroni su una superficie di elio liquido per il calcolo quantistico richiede l'isolamento di singoli elettroni su una superficie di elio e il controllo dei loro gradi di libertà quantistica, sia in movimento che in rotazione. Può anche richiedere il movimento di elettroni in posizioni diverse, quindi è anche importante capire la fisica dell'interazione tra gli elettroni e la superficie dell'elio. È stato precedentemente scoperto che gli elettroni sull'elio possono formare un cristallo bidimensionale, e alcuni fenomeni unici si verificano quando questo cristallo si muove lungo la superficie dell'elio, dovuto all'interazione tra gli elettroni e le onde di superficie. Gli scienziati dell'OIST, però, sono i primi a sondare come questi fenomeni dipendano dalle dimensioni del cristallo di elettroni. Per testare questo, Dott. Alexander Badrutdinov, Dr. Oleksandr Smorodin e studente di dottorato dell'OIST Jui-Yin Lin, costruì un dispositivo a canale microscopico che conteneva una trappola di elettroni all'interno per isolare un cristallo di un numero relativamente piccolo di elettroni. Questo cristallo verrebbe quindi spostato attraverso la superficie dell'elio liquido alterando il potenziale elettrostatico di uno degli elettrodi del dispositivo. Questo movimento verrebbe rilevato misurando le cariche di immagine, che sono indotti dagli elettroni in movimento, scorre attraverso un altro elettrodo utilizzando un amplificatore di corrente disponibile in commercio e un rilevatore di blocco.

    "Questa ricerca ci ha fornito alcune informazioni sulla fisica dell'interazione tra gli elettroni e la superficie dell'elio, oltre ad ampliare le nostre capacità di microingegneria" afferma il dott. Alexander Badrutdinov, un ex membro della Quantum Dynamics Unit e il primo autore dell'articolo. "Abbiamo adottato con successo una tecnologia per confinare gli elettroni in dispositivi microscopici, sulla scala di pochi micron. Con questa tecnologia abbiamo studiato il movimento di microscopici cristalli di elettroni bidimensionali lungo una superficie di elio liquido e non abbiamo visto alcuna differenza tra il movimento di grandi cristalli di elettroni, sulla scala da milioni a miliardi di elettroni, e cristalli piccoli come poche migliaia di elettroni, quando teoricamente, dovrebbero esistere differenze».

    Questa ricerca è il primo passo dell'OIST nella prospettiva di utilizzare questo sistema per il calcolo quantistico. Secondo Konstantinov, "il prossimo passo in questa ricerca è isolare un cristallo di elettroni ancora più piccolo, e alla fine, un singolo elettrone, e spostarli in questo sistema. A differenza di altri sistemi, questo sistema ha il potenziale per essere un puro, sistema scalabile con qubit mobili." In teoria, questo tipo di sistema avrebbe il potenziale per rivoluzionare il campo della ricerca sull'informatica quantistica.

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