I ricercatori dell'UNSW presso il Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) hanno dimostrato per la prima volta di poter costruire qubit di precisione atomica in un dispositivo 3D, un altro importante passo avanti verso un computer quantistico universale.

Il team di ricercatori, guidato dalla professoressa australiana dell'anno 2018 e direttrice del CQC2T Michelle Simmons, hanno dimostrato di poter estendere la loro tecnica di fabbricazione di qubit atomici a più strati di un cristallo di silicio, ottenendo un componente fondamentale dell'architettura di chip 3D che hanno presentato al mondo nel 2015. Questa nuova ricerca è stata pubblicata oggi in Nanotecnologia della natura .

Il gruppo è il primo a dimostrare la fattibilità di un'architettura che utilizza qubit su scala atomica allineati alle linee di controllo, che sono essenzialmente fili molto stretti, all'interno di un design 3D.

Cosa c'è di più, il team è stato in grado di allineare i diversi strati nel proprio dispositivo 3D con precisione nanometrica e ha dimostrato di poter leggere gli stati dei qubit in un singolo scatto, cioè all'interno di una singola misurazione, con altissima fedeltà.

"Questa architettura del dispositivo 3D è un progresso significativo per i qubit atomici nel silicio, " dice il professor Simmons. "Per essere in grado di correggere costantemente gli errori nei calcoli quantistici, una pietra miliare importante nel nostro campo, devi essere in grado di controllare molti qubit in parallelo.

"L'unico modo per farlo è utilizzare un'architettura 3D, così nel 2015 abbiamo sviluppato e brevettato un'architettura incrociata verticale. Però, c'erano ancora una serie di sfide legate alla fabbricazione di questo dispositivo multistrato. Con questo risultato abbiamo ora dimostrato che progettare il nostro approccio in 3-D è possibile nel modo in cui lo immaginavamo alcuni anni fa."

In questo documento, il team ha dimostrato come costruire un secondo piano di controllo o livello sopra il primo livello di qubit.

"È un processo molto complicato, ma in termini molto semplici, abbiamo costruito il primo aereo, e poi ottimizzato una tecnica per far crescere il secondo strato senza impattare le strutture nel primo strato, " spiega il ricercatore e coautore di CQC2T, Il dottor Joris Keizer.

"Nel passato, i critici direbbero che ciò non è possibile perché la superficie del secondo strato diventa molto ruvida, e non saresti più in grado di utilizzare la nostra tecnica di precisione, tuttavia, in questo documento, abbiamo dimostrato di potercela fare, contrariamente alle aspettative».

Il team ha anche dimostrato di poter allineare questi strati multipli con una precisione nanometrica.

"Se scrivi qualcosa sul primo strato di silicio e poi metti uno strato di silicio sopra, devi ancora identificare la tua posizione per allineare i componenti su entrambi i livelli. Abbiamo mostrato una tecnica che può raggiungere l'allineamento entro meno di 5 nanometri, che è abbastanza straordinario, "Dice il dottor Keizer.

Infine, i ricercatori sono stati in grado di misurare l'output di qubit del dispositivo 3D con quello che viene chiamato single shot, ad es. con un solo, misurazione accurata, piuttosto che dover fare affidamento sulla media di milioni di esperimenti. "Questo ci aiuterà ulteriormente a crescere più velocemente, " spiega il dottor Keizer.

Verso la commercializzazione

Il professor Simmons afferma che questa ricerca è una pietra miliare nel campo.

"Stiamo lavorando sistematicamente verso un'architettura su larga scala che ci porterà all'eventuale commercializzazione della tecnologia.

"Questo è un importante sviluppo nel campo dell'informatica quantistica, ma è anche piuttosto eccitante per SQC, "dice il professor Simmons, che è anche fondatore e direttore di SQC.

Da maggio 2017, La prima azienda australiana di informatica quantistica, Silicon Quantum Computing Pty Limited (SQC), ha lavorato per creare e commercializzare un computer quantistico basato su una suite di proprietà intellettuale sviluppata presso CQC2T e sulla propria proprietà intellettuale proprietaria.

"Mentre siamo ancora lontani almeno un decennio da un computer quantistico su larga scala, il lavoro di CQC2T rimane in prima linea nell'innovazione in questo spazio. Risultati concreti come questi riaffermano la nostra forte posizione a livello internazionale, "conclude.