Un team dell'Università di Sydney e Microsoft, in collaborazione con la Stanford University negli Stati Uniti, ha miniaturizzato un componente essenziale per lo scale-up dell'informatica quantistica. L'opera costituisce la prima applicazione pratica di una nuova fase della materia, scoperto per la prima volta nel 2006, i cosiddetti isolanti topologici.

Al di là delle fasi familiari della materia - solida, liquido, o gas - gli isolanti topologici sono materiali che funzionano come isolanti nella maggior parte delle loro strutture ma hanno superfici che fungono da conduttori. La manipolazione di questi materiali fornisce un percorso per costruire i circuiti necessari per l'interazione tra sistemi quantistici e classici, vitale per costruire un pratico computer quantistico.

Il lavoro teorico alla base della scoperta di questa nuova fase della materia è stato insignito del Premio Nobel per la Fisica 2016.

Il componente del team di Sydney, ha coniato un circolatore a microonde, si comporta come una rotatoria, assicurando che i segnali elettrici si propaghino solo in una direzione, in senso orario o antiorario, come richiesto. Dispositivi simili si trovano nelle stazioni base dei telefoni cellulari e nei sistemi radar, e sarà richiesto in grandi quantità nella costruzione di computer quantistici. Un grande limite, fino ad ora, è che i tipici circolatori sono oggetti ingombranti delle dimensioni della tua mano.

Questa invenzione, riportato oggi dal team di Sydney sul giornale Comunicazioni sulla natura , rappresenta la miniaturizzazione del comune dispositivo di circolazione di un fattore 1000. Ciò è stato fatto sfruttando le proprietà degli isolanti topologici di rallentare la velocità della luce nel materiale. Questa miniaturizzazione apre la strada a molti circolatori da integrare su un chip e prodotti nelle grandi quantità che saranno necessarie per costruire computer quantistici.

Il leader della squadra di Sydney, Professor David Reilly, ha spiegato che il lavoro per ampliare il calcolo quantistico sta guidando innovazioni nelle aree correlate dell'elettronica e della nanoscienza.

"Non si tratta solo di qubit, i mattoni fondamentali per le macchine quantistiche. La costruzione di un computer quantistico su larga scala richiederà anche una rivoluzione nell'informatica classica e nell'ingegneria dei dispositivi, " Ha detto il professor Reilly.

"Anche se avessimo milioni di qubit oggi, non è chiaro che abbiamo la tecnologia classica per controllarli. La realizzazione di un computer quantistico su larga scala richiederà l'invenzione di nuovi dispositivi e tecniche nell'interfaccia quantistica classica".

L'autrice principale dell'articolo e dottoranda Alice Mahoney ha dichiarato:"Tali circolatori compatti potrebbero essere implementati in una varietà di piattaforme hardware quantistiche, indipendentemente dal particolare sistema quantistico utilizzato."

Manca ancora qualche anno a un pratico computer quantistico. Gli scienziati si aspettano di essere in grado di eseguire calcoli attualmente irrisolvibili con computer quantistici che avranno applicazioni in campi come la chimica e la progettazione di farmaci, modelli climatici ed economici, e crittografia.