QuTech ha risolto un grosso problema sulla strada verso un computer quantistico funzionante su larga scala. QuTech, una collaborazione di TU Delft e TNO, e Intel hanno progettato e fabbricato un circuito integrato in grado di controllare i qubit a temperature estremamente basse. Questo apre la strada all'integrazione cruciale dei qubit e della loro elettronica di controllo nello stesso chip. Gli scienziati hanno presentato la loro ricerca durante la conferenza ISSCC a San Francisco.

Computer quantistici

"Questo risultato ci avvicina a un computer quantistico su larga scala in grado di risolvere problemi intrattabili anche dai supercomputer più potenti. Le soluzioni a questi problemi possono avere un forte impatto sulla vita di tutti i giorni, per esempio nei campi della medicina e dell'energia, " ha detto il capo del team Fabio Sebastiano di QuTech e della Facoltà di Ingegneria Elettrica, Matematica e Informatica.

Temperature estreme

"Ci sono molti problemi da risolvere prima di avere un computer quantistico funzionante su larga scala, " ha affermato Sebastiano. "Le informazioni quantistiche memorizzate nei qubit possono degradarsi rapidamente e diventare inutilizzabili a meno che i qubit non vengano raffreddati a temperature molto vicine allo zero assoluto (-273 gradi Celsius, o 0 Kelvin). Per questa ragione, i qubit funzionano tipicamente all'interno di frigoriferi speciali a temperature fino a 0,01 K, controllato da elettronica convenzionale che lavora a temperatura ambiente."

Ingrandimento

È necessario un filo per collegare ciascun qubit all'elettronica di controllo. Sebbene ciò sia fattibile per il piccolo numero di qubit ora in funzione, l'approccio diventerà impraticabile per i milioni di qubit richiesti in utili computer quantistici. "Sarebbe equivalente a prendere la fotocamera da 12 megapixel del tuo cellulare e provare a collegare singolarmente ciascuno dei milioni di pixel a un circuito elettronico separato, " ha detto Sebastiano. "Una soluzione più praticabile è far funzionare l'elettronica che controlla i qubit a temperature (criogeniche) estremamente basse, in modo che possano essere posizionati il ​​più vicino possibile ai qubit."

Cresta del cavallo

QuTech ha collaborato con Intel per affrontare questa precisa sfida. Il risultato si chiama Horse Ridge, un circuito integrato che prende il nome da uno dei punti più freddi dell'Oregon. Sebastiano:"Abbiamo progettato e realizzato un circuito integrato CMOS in grado di controllare fino a 128 qubit, che può funzionare a 3 K (-270 °C) e può quindi essere descritto come un circuito crio-CMOS."

CMOS (complementary metal oxide semiconductor) è la stessa tecnologia impiegata per i microprocessori standard. L'utilizzo di CMOS consente quindi la fabbricazione affidabile di circuiti molto complessi comprendenti miliardi di componenti elettrici, come richiesto per i computer quantistici su larga scala.

Circuito integrato e qubit

I ricercatori hanno dimostrato sperimentalmente sia il corretto funzionamento del circuito integrato sia la capacità di pilotare un vero qubit di spin. Gli spin qubit sono tra i candidati qubit promettenti per un computer quantistico su larga scala. Sebastiano:"Questo è il circuito crio-CMOS più complesso mai dimostrato, e il primo in grado di guidare uno spin qubit."

Un chip

La prossima sfida è colmare il divario di temperatura rimanente. "Ci si aspetta che gli spin qubit funzionino a temperature leggermente più alte di quelle raggiunte ora, dire sopra 1, 5K, " ha detto Sebastiano. "Il nostro circuito crio-CMOS ora funziona a 3 K. Se riusciamo a colmare questo gap di temperatura, potremmo integrare entrambi i qubit e la loro elettronica di controllo nello stesso pacchetto o chip, ottenendo così un sistema estremamente compatto."