Un team dell'Università di Tsukuba ha studiato un nuovo processo per creare onde reticolari coerenti all'interno di cristalli di silicio utilizzando impulsi laser ultracorti. Utilizzando calcoli teorici combinati con risultati sperimentali ottenuti presso l'Università di Pittsburgh, sono stati in grado di dimostrare che i segnali vibrazionali coerenti potrebbero essere mantenuti all'interno dei campioni. Questa ricerca potrebbe portare a computer quantistici basati su dispositivi al silicio esistenti in grado di eseguire rapidamente compiti fuori dalla portata anche dei supercomputer più veloci attualmente disponibili.

Dai PC di casa ai server aziendali, i computer sono una parte centrale della nostra vita quotidiana, e il loro potere continua a crescere a un ritmo sorprendente. Però, ci sono due grandi problemi che si profilano all'orizzonte per i computer classici. Il primo è un limite fondamentale al numero di transistor che possiamo inserire in un singolo processore. Infine, sarà necessario un approccio totalmente nuovo se vogliamo continuare ad aumentare la loro capacità di elaborazione. Il secondo è che anche i computer più potenti lottano con alcuni problemi importanti, come gli algoritmi crittografici che tengono al sicuro il numero della tua carta di credito su Internet, o l'ottimizzazione dei percorsi per la consegna dei pacchi.

La soluzione a entrambi i problemi potrebbero essere i computer quantistici, che sfruttano le regole della fisica che governano scale molto piccole, come per gli atomi e gli elettroni. Nel regime quantistico, gli elettroni si comportano più come onde che come palle da biliardo, con posizioni “spalmate” anziché definite. Inoltre, vari componenti possono impigliarsi, tale che le proprietà di ciascuno non possono essere completamente descritte senza riferimento all'altro. Un computer quantistico efficace deve mantenere la coerenza di questi stati entangled abbastanza a lungo da poter eseguire calcoli.

Nella ricerca attuale, un team presso l'Università di Tsukuba e Hrvoje Petek, La cattedra di fisica e astronomia RK Mellon dell'Università di Pittsburgh ha utilizzato impulsi laser molto brevi per eccitare gli elettroni all'interno di un cristallo di silicio. "L'uso del silicio esistente per l'informatica quantistica renderà la transizione ai computer quantistici molto più semplice, " spiega il primo autore Dr. Yohei Watanabe. Gli elettroni energetici hanno creato vibrazioni coerenti della struttura del silicio, tale che i moti dell'elettrone e degli atomi di silicio si sono intrecciati. Lo stato del sistema è stato quindi sondato dopo un tempo di ritardo variabile con un secondo impulso laser.

Sulla base del loro modello teorico, gli scienziati sono stati in grado di spiegare le oscillazioni osservate nella carica generata in funzione del tempo di ritardo. "Questo esperimento rivela gli effetti della meccanica quantistica sottostanti che governano le vibrazioni coerenti, " afferma l'autore senior Prof. Muneaki Hase, che ha eseguito gli esperimenti. "In questo modo, il progetto rappresenta un primo passo verso computer quantistici consumer a prezzi accessibili."