I ricercatori hanno cercato per molti anni di costruire un computer quantistico che l'industria potesse scalare, ma gli elementi costitutivi dell'informatica quantistica, qubit, non sono ancora abbastanza robusti per gestire l'ambiente rumoroso di quello che sarebbe un computer quantistico.

Una teoria sviluppata solo due anni fa proponeva un modo per rendere i qubit più resistenti combinando un semiconduttore, arseniuro di indio, con un superconduttore, alluminio, in un dispositivo planare. Ora, questa teoria ha ricevuto supporto sperimentale in un dispositivo che potrebbe anche aiutare il ridimensionamento dei qubit.

Questa combinazione semiconduttore-superconduttore crea uno stato di "superconduttività topologica, " che proteggerebbe anche da piccoli cambiamenti nell'ambiente di un qubit che interferiscono con la sua natura quantistica, un noto problema chiamato "decoerenza".

Il dispositivo è potenzialmente scalabile grazie alla sua superficie piatta "planare", una piattaforma che l'industria utilizza già sotto forma di wafer di silicio per la costruzione di microprocessori classici.

Il lavoro, pubblicato in Natura , è stato condotto dal laboratorio Microsoft Quantum presso il Niels Bohr Institute dell'Università di Copenaghen, che ha fabbricato e misurato il dispositivo. Il laboratorio Microsoft Quantum della Purdue University ha sviluppato l'eterostruttura semiconduttore-superconduttore utilizzando una tecnica chiamata epitassia a fascio molecolare, ed eseguito le misurazioni di caratterizzazione iniziali.

Teorici della Stazione Q, un laboratorio di ricerca Microsoft a Santa Barbara, California, insieme all'Università di Chicago e al Weizmann Institute of Science in Israele, partecipato anche allo studio.

"Poiché la tecnologia dei dispositivi a semiconduttore planare ha avuto così tanto successo nell'hardware classico, diversi approcci per far crescere un computer quantistico sono stati costruiti su di esso, " ha detto Michele Manfra, Bill e Dee O'Brien della Purdue University Professore di Fisica e Astronomia, e professore di ingegneria elettrica e informatica e ingegneria dei materiali, che guida il sito Microsoft Station Q di Purdue.

Questi esperimenti forniscono la prova che l'arseniuro di alluminio e indio, quando riuniti per formare un dispositivo chiamato giunzione Josephson, può supportare le modalità zero Majorana, che gli scienziati hanno previsto possiedono una protezione topologica contro la decoerenza.

È anche noto che l'alluminio e l'arseniuro di indio funzionano bene insieme perché una supercorrente scorre bene tra di loro.

Questo perché a differenza della maggior parte dei semiconduttori, l'arseniuro di indio non ha una barriera che impedisce agli elettroni di un materiale di entrare in un altro materiale. Per di qua, la superconduttività dell'alluminio può rendere gli strati superiori di arseniuro di indio, un semiconduttore, superconduttore, anche.

"Il dispositivo non funziona ancora come qubit, ma questo documento mostra che ha gli ingredienti giusti per essere una tecnologia scalabile, " disse Manfra, il cui laboratorio è specializzato nella costruzione di piattaforme per, e capire la fisica di, prossime tecnologie quantistiche.

Combinando le migliori proprietà di superconduttori e semiconduttori in strutture planari, quale l'industria potrebbe facilmente adattarsi, potrebbe portare a rendere scalabile la tecnologia quantistica. Trilioni di interruttori, chiamati transistor, su un singolo wafer attualmente consentono ai computer classici di elaborare le informazioni.

"Questo lavoro è un primo passo incoraggiante verso la costruzione di tecnologie quantistiche scalabili, " Disse Manfra.