I computer basati sui principi della meccanica quantistica possono risolvere determinati compiti in modo particolarmente efficiente. I loro portatori di informazioni, i cosiddetti qubit, non solo hanno i valori "0" e "1, "ma afferma anche in mezzo, chiamati stati di sovrapposizione. Però, mantenere un tale stato è difficile. Gli scienziati del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hanno ora utilizzato alluminio granulare (soprannominato grAl) per i qubit e hanno dimostrato che questo materiale superconduttore ha un grande potenziale per superare i limiti precedenti dell'hardware quantistico. I ricercatori riferiscono sulla rivista Materiali della natura .

I computer quantistici sono considerati i computer del futuro. In linea di principio è possibile elaborare grandi quantità di dati molto più rapidamente rispetto agli attuali computer classici. Mentre i computer classici eseguono un passo alla volta, si può ritenere che i computer quantistici compiano molti passi in parallelo, nel cosiddetto parallelismo quantistico. Il vettore di informazioni per il computer quantistico è il bit quantistico, qubit in breve. Per i qubit non sono rilevanti solo gli stati "0" e "1", ma anche gli stati intermedi, la sovrapposizione meccanica quantistica degli stati. La loro lavorazione avviene secondo principi di meccanica quantistica, come l'intreccio, che preserva le correlazioni istantanee tra gli stati dei qubit a lunghe distanze arbitrarie.

"Produrre qubit abbastanza piccoli e che possono essere commutati abbastanza rapidamente per eseguire calcoli quantistici è una sfida enorme, " spiega il fisico Dr. Ioan Pop, Capo del gruppo di ricerca Kinetic Inductance Quantum Systems presso il Physics Institute (PHI) e l'Institute of Nanotechnology (INT) di KIT. Un'opzione promettente sono i circuiti superconduttori. I superconduttori sono materiali che non hanno resistenza elettrica a temperature estremamente basse, quindi conducono l'elettricità senza perdite. Questo è fondamentale per preservare gli stati quantistici e per interconnettere agevolmente i qubit, con conseguente maggiore potenza di calcolo. Grandi aziende come IBM, Intel, Microsoft e Google stanno lavorando per aumentare i processori quantistici superconduttori.

Una grande difficoltà, però, sta mantenendo lo stato quantistico. Le interazioni con l'ambiente possono portare al decadimento dello stato quantistico, la cosiddetta decoerenza. Più qubit vengono utilizzati, più è difficile mantenere la coerenza. Ricercatori del PHI, INT e IPE di KIT e l'Università Nazionale per la Ricerca e la Tecnologia MISIS di Mosca hanno ora utilizzato per la prima volta l'alluminio granulare come materiale superconduttore per qubit ad alta coerenza. Come riportano gli scienziati sulla rivista Materiali della natura , hanno misurato un qubit di fluxonium grAl con un tempo di coerenza fino a 30 microsecondi:questo è il tempo in cui il qubit può rimanere in uno stato compreso tra "0" e "1". Questa volta può sembrare breve, ma in realtà è incoraggiantemente lungo rispetto al tipico tempo di 0,01 microsecondi richiesto per l'operazione qubit. "I nostri risultati mostrano che l'alluminio granulare può aprire strade di ricerca per una nuova classe di progetti qubit complessi e aiutare a superare gli attuali limiti dell'informatica quantistica, " spiega il dottor Ioan Pop del KIT.