La maggior parte dei computer quantistici sviluppati in tutto il mondo funzionerà solo a frazioni di grado sopra lo zero assoluto. Ciò richiede una refrigerazione multimilionaria e non appena li colleghi ai circuiti elettronici convenzionali si surriscaldano all'istante.

Ma ora i ricercatori guidati dal professor Andrew Dzurak dell'UNSW Sydney hanno affrontato questo problema.

"I nostri nuovi risultati aprono la strada dai dispositivi sperimentali ai computer quantistici a prezzi accessibili per le applicazioni aziendali e governative del mondo reale, "dice il professor Dzurak.

La cella unitaria del processore quantistico proof-of-concept dei ricercatori, su un chip di silicio, funziona a 1,5 Kelvin, 15 volte più caldo della principale tecnologia concorrente basata su chip sviluppata da Google, IBM, e altri, che utilizza qubit superconduttori.

"Questo è ancora molto freddo, ma è una temperatura che può essere raggiunta utilizzando solo poche migliaia di dollari di refrigerazione, invece dei milioni di dollari necessari per raffreddare i chip a 0,1 Kelvin, " spiega Dzurak.

"Anche se è difficile apprezzare usando i nostri concetti quotidiani di temperatura, questo aumento è estremo nel mondo quantistico."

Ci si aspetta che i computer quantistici superino quelli convenzionali per una serie di importanti problemi, dalla produzione di farmaci di precisione agli algoritmi di ricerca. Progettarne uno che possa essere prodotto e utilizzato in un ambiente reale, però, rappresenta una grande sfida tecnica.

I ricercatori dell'UNSW ritengono di aver superato uno degli ostacoli più difficili che impediscono ai computer quantistici di diventare realtà.

In un articolo pubblicato sulla rivista Natura oggi, La squadra di Dzurak, insieme a collaboratori in Canada, Finlandia e Giappone, segnalare una cella unitaria del processore quantistico proof-of-concept che, a differenza della maggior parte dei design esplorati in tutto il mondo, non ha bisogno di funzionare a temperature inferiori a un decimo di un Kelvin.

Il team di Dzurak ha annunciato per la prima volta i risultati sperimentali tramite l'archivio accademico di prestampa nel febbraio dello scorso anno. Quindi, nell'ottobre 2019, un gruppo nei Paesi Bassi guidato da un ex ricercatore post-dottorato nel gruppo di Dzurak, Menno Veldhorst, ha annunciato un risultato simile utilizzando la stessa tecnologia al silicio sviluppata all'UNSW nel 2014. La conferma di questo comportamento "hot qubit" da parte di due gruppi ai lati opposti del mondo ha portato alla pubblicazione dei due documenti "back-to-back" nel stesso problema di Natura oggi.

Le coppie di Qubit sono le unità fondamentali dell'informatica quantistica. Come il suo classico analogo informatico—il bit—ogni qubit caratterizza due stati, uno 0 o un 1, per creare un codice binario. A differenza di un po', però, può manifestare entrambi gli stati contemporaneamente, in quella che è nota come "sovrapposizione".

La cella unitaria sviluppata dal team di Dzurak comprende due qubit confinati in una coppia di punti quantici incorporati nel silicio. Il risultato, Aggiustato in proporzione, può essere prodotto utilizzando fabbriche di chip di silicio esistenti, e funzionerebbe senza la necessità di un raffreddamento multimilionario. Sarebbe anche più facile da integrare con i tradizionali chip di silicio, che sarà necessario per controllare il processore quantistico.

Un computer quantistico in grado di eseguire i complessi calcoli necessari per progettare nuovi farmaci, Per esempio, richiederanno milioni di coppie di qubit, ed è generalmente accettato che sia lontano almeno un decennio. Questa necessità di milioni di qubit rappresenta una grande sfida per i designer.

"Ogni coppia di qubit aggiunta al sistema aumenta il calore totale generato, " spiega Dzurak, "e l'aumento del calore porta a errori. Questo è principalmente il motivo per cui i progetti attuali devono essere mantenuti così vicini allo zero assoluto".

La prospettiva di mantenere computer quantistici con qubit sufficienti per essere utili a temperature molto più fredde dello spazio profondo è scoraggiante, costosa e spinge al limite la tecnologia della refrigerazione.

Il team dell'UNSW, però, hanno creato una soluzione elegante al problema, inizializzando e "leggendo" le coppie di qubit utilizzando il tunneling di elettroni tra i due punti quantici.

Gli esperimenti di prova del principio sono stati eseguiti dal Dr. Henry Yang del team UNSW, che Dzurak descrive come un "brillante sperimentatore".