Qubit, o bit quantici, sono gli elementi chiave alla base di ogni computer quantistico. Per eseguire un calcolo, i segnali sono diretti da e verso i qubit. Però, i qubit sono estremamente sensibili alle interferenze dal loro ambiente, e devono essere schermati da segnali esterni, in particolare dai campi magnetici. È un problema serio che i dispositivi costruiti per schermare i qubit da segnali indesiderati, noti come dispositivi non reciproci, producono campi magnetici stessi. Inoltre, hanno una dimensione di diversi centimetri, che è problematico, dato che un gran numero di tali elementi è richiesto in ogni processore quantistico.

Ora, scienziati dell'Institute of Science and Technology Austria (IST Austria), contemporaneamente a gruppi concorrenti in Svizzera e negli Stati Uniti, hanno ridotto di due ordini di grandezza le dimensioni dei dispositivi non reciproci. Il loro dispositivo, che paragonano a una rotatoria per fotoni, è grande solo un decimo di millimetro, e, cosa più importante, non è magnetico. Il loro studio è stato pubblicato sulla rivista ad accesso aperto Comunicazioni sulla natura .

Quando i ricercatori vogliono ricevere un segnale come un fotone a microonde da un qubit, impedendo al rumore e ad altri segnali spuri di viaggiare verso il qubit, usano dispositivi non reciproci, come isolatori o circolatori. Questi dispositivi controllano il traffico del segnale, simile al modo in cui è regolato il traffico nella vita di tutti i giorni." Immagina una rotonda in cui puoi guidare solo in senso antiorario, " spiega il primo autore Dr. Shabir Barzanjeh, un postdoc nel gruppo del professor Johannes Fink presso IST Austria. "All'uscita numero uno, in fondo, c'è il nostro qubit. Il suo debole segnale può andare all'uscita numero due in alto. Ma un segnale proveniente dall'uscita numero due non può percorrere lo stesso percorso di ritorno al qubit. È costretto a viaggiare in senso antiorario, e prima che raggiunga l'uscita uno, incontra l'uscita tre. Là, lo blocchiamo e gli impediamo di danneggiare il qubit."

Le 'rotonde' progettate dal gruppo sono costituite da circuiti in alluminio su un chip di silicio e sono le prime ad essere basate su oscillatori micromeccanici:due piccoli fasci di silicio oscillano sul chip come le corde di una chitarra e interagiscono con il circuito elettrico. Questi dispositivi sono di piccole dimensioni, solo circa un decimo di millimetro di diametro. Questo è uno dei maggiori vantaggi che il nuovo componente ha rispetto ai suoi predecessori tradizionali, che erano larghe pochi centimetri.

Attualmente, solo pochi qubit sono stati usati per testare i principi dei computer quantistici, ma in futuro, migliaia o addirittura milioni di qubit saranno collegati tra loro, e molti di questi qubit richiederanno il proprio circolatore. "Immagina di costruire un processore con milioni di componenti di queste dimensioni centimetriche. Sarebbe enorme e poco pratico, ", afferma Shabir Barzanjeh. "L'utilizzo dei nostri circolatori on-chip non magnetici e molto compatti rende invece la vita molto più semplice". Tuttavia, è necessario superare alcuni ostacoli prima che i dispositivi vengano utilizzati per questa specifica applicazione. Ad esempio, la larghezza di banda del segnale disponibile è attualmente ancora piuttosto ridotta, e i poteri di azionamento richiesti potrebbero danneggiare i qubit. Però, i ricercatori sono fiduciosi che questi problemi si riveleranno risolvibili.