Un nuovo materiale potrebbe "immunizzare" i bit quantistici topologici in modo che siano abbastanza resistenti per costruire un computer quantistico. Credito:immagine della Purdue University/Morteza Kayyalha
I computer quantistici elaboreranno molte più informazioni contemporaneamente rispetto ai computer di oggi. Ma gli elementi costitutivi che contengono queste informazioni - bit quantistici, o "qubit" - sono troppo sensibili all'ambiente circostante per funzionare abbastanza bene in questo momento per costruire un pratico computer quantistico.
Per farla breve, i qubit hanno bisogno di un sistema immunitario migliore prima di poter crescere.
Un nuovo materiale, progettato dai ricercatori della Purdue University in una striscia sottile è un passo avanti verso l'"immunizzazione" dei qubit contro il rumore, come calore e altre parti di un computer, che interferisce con il modo in cui conservano le informazioni. L'opera appare in Lettere di revisione fisica .
La sottile striscia, chiamato "nanoribbon, " è una versione di un materiale che conduce corrente elettrica sulla sua superficie ma non all'interno - chiamato "isolatore topologico" - con due conduttori elettrici superconduttori per formare un dispositivo chiamato "giunzione di Josephson".
In un computer quantistico, un qubit "si intreccia" con altri qubit. Ciò significa che la lettura delle informazioni quantistiche da un qubit influisce automaticamente sul risultato di un altro, non importa quanto siano distanti.
Senza impiccio, i calcoli veloci che contraddistinguono l'informatica quantistica non possono avvenire. Ma l'entanglement e la natura quantistica dei qubit sono sensibili anche al rumore, quindi hanno bisogno di una protezione extra.
Una supercorrente potenziata sulla superficie dell'isolante topologico di questo dispositivo potrebbe apportare proprietà speciali che rendono i qubit più resistenti. Credito:immagine della Purdue University/Morteza Kayyalha
Un dispositivo di giunzione Josephson a nanonastro isolante topologico è una delle tante opzioni che i ricercatori stanno studiando per costruire qubit più resilienti. Questa resilienza potrebbe derivare da proprietà speciali create conducendo una supercorrente sulla superficie di un isolante topologico, dove lo spin di un elettrone è bloccato al momento.
Il problema finora è che una supercorrente tende a fuoriuscire all'interno degli isolanti topologici, impedendogli di scorrere completamente in superficie.
Per diventare più resilienti, i qubit topologici necessitano di supercorrenti per fluire attraverso i canali di superficie degli isolanti topologici.
"Abbiamo sviluppato un materiale davvero pulito, nel senso che non ci sono stati conduttori nella massa dell'isolante topologico, " ha detto Yong Chen, un professore di fisica e astronomia alla Purdue e di ingegneria elettrica e informatica, e il direttore del Purdue Quantum Science and Engineering Institute. "La superconduttività sulla superficie è il primo passo per costruire questi dispositivi di calcolo quantistico topologici basati su isolanti topologici".
Morteza Kayyalha, un ex dottorato di ricerca studente nel laboratorio di Chen, potrebbe mostrare che la supercorrente si avvolge intorno al nuovo nanonastro isolante topologico a temperature inferiori del 20 percento rispetto alla "temperatura critica, " quando la giunzione diventa superconduttiva. L'esperimento è stato condotto in collaborazione con il laboratorio di Leonid Rokhinson, un professore di fisica e astronomia alla Purdue.
"Si sa che quando la temperatura si abbassa, la superconduttività è aumentata, " Ha detto Chen. "Il fatto che molta più supercorrente fluisse a temperature ancora più basse per il nostro dispositivo era la prova che scorre intorno a queste superfici protettive".
