Un gruppo di scienziati del RIKEN Center for Emergent Matter Science in Giappone è riuscito a effettuare misurazioni ripetute dello spin di un elettrone in un punto quantico (QD) di silicio senza modificarne lo spin nel processo. Questo tipo di misurazione "non demolitrice" è importante per la creazione di computer quantistici tolleranti ai guasti. I computer quantistici renderebbero più semplice eseguire determinate classi di calcoli come problemi a molti corpi, che sono estremamente difficili e richiedono molto tempo per i computer convenzionali. Essenzialmente, implicano la misurazione di un valore quantico che non è mai in un singolo stato come un transistor convenzionale, ma esiste invece come uno "stato sovrapposto" - nello stesso modo in cui non si può dire che il famoso gatto di Schrödinger sia vivo o morto finché non viene osservato. Utilizzando tali sistemi, è possibile eseguire calcoli con un qubit che è una sovrapposizione di due valori, e quindi determinare statisticamente qual è il risultato corretto. I computer quantistici che utilizzano spin di singoli elettroni nei QD di silicio sono considerati attraenti per la loro potenziale scalabilità e perché il silicio è già ampiamente utilizzato nella tecnologia elettronica.

La difficoltà principale nello sviluppo di computer quantistici, però, è che sono molto sensibili ai rumori esterni, rendere critica la correzione degli errori. Finora, i ricercatori sono riusciti a sviluppare spin di singoli elettroni nei QD di silicio con un lungo tempo di ritenzione delle informazioni e un'operazione quantistica ad alta precisione, ma la misurazione quantistica della non demolizione, una chiave per un'efficace correzione degli errori, si è dimostrata sfuggente. Il metodo convenzionale per leggere gli spin di singoli elettroni nel silicio consiste nel convertire gli spin in cariche che possono essere rilevate rapidamente, ma sfortunatamente, lo spin dell'elettrone è influenzato dal processo di rilevamento.

Ora, in una ricerca pubblicata in Comunicazioni sulla natura , il team RIKEN ha raggiunto tale misura di non demolizione. L'intuizione chiave che ha permesso al gruppo di fare progressi è stata quella di utilizzare il modello di interazione di tipo Ising, un modello di ferromagnetismo che osserva come gli spin degli elettroni degli atomi vicini si allineano, portando alla formazione di ferromagnetismo nell'intero reticolo. Essenzialmente, sono stati in grado di trasferire le informazioni di spin - su o giù - di un elettrone in un QD a un altro elettrone nel QD vicino usando l'interazione di tipo Ising in un campo magnetico, e quindi potrebbe misurare lo spin del vicino usando il metodo convenzionale, in modo che possano lasciare inalterato lo spin originale, e poteva effettuare misurazioni ripetute e rapide del vicino.

"Attraverso questo, " spiega il Direttore del Gruppo Seigo Tarucha, che ha guidato il gruppo di ricerca, "siamo stati in grado di raggiungere un tasso di fedeltà non demolizione del 99%, e utilizzando misurazioni ripetute si otterrebbe una precisione di lettura del 95%. Abbiamo anche dimostrato che teoricamente, questo potrebbe essere aumentato fino al 99,6%, e pianifica di continuare a lavorare per raggiungere quel livello".

Lui continua, "Questo è molto eccitante, perché se possiamo combinare il nostro lavoro con porte ad alta fedeltà a uno e due qubit, che sono attualmente in fase di sviluppo, potremmo potenzialmente costruire una varietà di sistemi di elaborazione delle informazioni quantistiche tolleranti ai guasti utilizzando una piattaforma di punti quantici di silicio".