Un team internazionale di scienziati è riuscito a migliorare ulteriormente la durata dei circuiti quantistici superconduttori. Un prerequisito importante per la realizzazione di computer quantistici ad alte prestazioni è che i dati archiviati rimangano intatti il ​​più a lungo possibile. I ricercatori, tra cui il fisico Jülich Dr. Gianluigi Catelani, hanno sviluppato e testato una tecnica che rimuove gli elettroni spaiati dai circuiti. Questi sono noti per ridurre la durata del qubit. Lo studio è pubblicato online dalla rivista Scienza oggi.

I computer quantistici potrebbero un giorno raggiungere velocità di calcolo significativamente più elevate rispetto ai computer digitali convenzionali nell'esecuzione di determinati tipi di attività. I circuiti superconduttori appartengono ai candidati più promettenti per l'implementazione di bit quantistici, conosciuti come qubit, con cui i computer quantistici possono memorizzare ed elaborare le informazioni. Gli elevati tassi di errore associati ai qubit precedentemente disponibili hanno finora limitato le dimensioni e l'efficienza dei computer quantistici. Dott. Gianluigi Catelani dell'Istituto Peter Grünberg (PGI-2) di Jülich, insieme ai suoi colleghi ha ora trovato un modo per prolungare il tempo in cui i circuiti superconduttori riescono a memorizzare uno "0" o un "1" senza errori. Accanto a Catelani, il team è composto da ricercatori che lavorano negli USA (Massachusetts Institute of Technology, Laboratorio Lincoln, e l'Università della California, Berkeley), Giappone (RIKEN), e Svezia (Chalmers University of Technology).

Quando i materiali superconduttori vengono raffreddati al di sotto di una temperatura critica specifica del materiale, gli elettroni si uniscono per formare coppie; allora la corrente può fluire senza resistenza. Però, finora non è stato possibile costruire circuiti superconduttori in cui tutti gli elettroni si raggruppano insieme. I singoli elettroni rimangono spaiati e non sono in grado di fluire senza resistenza. A causa di queste cosiddette quasiparticelle, l'energia viene persa e questo limita il tempo in cui i circuiti possono memorizzare i dati.

I ricercatori hanno ora sviluppato e testato una tecnica in grado di rimuovere temporaneamente gli elettroni spaiati dal circuito; con l'aiuto di impulsi a microonde, sono in effetti "pompati". Ciò si traduce in un triplice miglioramento della durata della vita dei qubit.

"In linea di principio, la tecnica può essere utilizzata immediatamente per tutti i qubit superconduttori", ha spiegato Catelani, chi, come fisico teorico ha contribuito all'analisi e all'interpretazione dei dati sperimentali. Però, ha sottolineato che la durata della vita dei qubit è solo uno dei tanti ostacoli allo sviluppo di computer quantistici complessi. Inoltre, la nuova tecnica significa che le quasiparticelle non vengono rimosse in modo permanente, ma rifluisci ancora e ancora. Gli scienziati hanno un'altra soluzione pronta per risolvere questo problema:la tecnica del pompaggio può essere combinata con un altro metodo che intrappola in modo permanente le quasiparticelle. Catelani, insieme ai suoi colleghi di Jülich e Yale, ha già analizzato e testato una simile "trappola" di quasiparticelle. I loro risultati sono stati pubblicati a settembre sulla rivista Revisione fisica B (DOI:10.1103/PhysRevB.94.104516).