La nuova tecnologia consente ai bit quantistici di conservare informazioni per 10, 000 volte più lungo del record precedente. Credito:Università di Tohoku
bit quantici, o qubit, ora può contenere informazioni quantistiche molto più a lungo grazie agli sforzi di un team di ricerca internazionale. I ricercatori hanno aumentato il tempo di ritenzione, o tempo di coerenza, a 10 millisecondi—10, 000 volte più lungo del record precedente, combinando il movimento orbitale e la rotazione all'interno di un atomo. Un tale aumento della conservazione delle informazioni ha importanti implicazioni per gli sviluppi della tecnologia dell'informazione poiché il tempo di coerenza più lungo rende i qubit spin-orbita il candidato ideale per la costruzione di grandi computer quantistici.
Hanno pubblicato i loro risultati il 20 luglio in Materiali della natura .
"Abbiamo definito un qubit spin-orbita usando una particella carica, che appare come un buco, intrappolato da un atomo di impurità nel cristallo di silicio, " ha detto l'autore principale Dr. Takashi Kobayashi, ricercatore presso la University of New South Wales Sydney e assistente professore presso la Tohoku University. "Il movimento orbitale e la rotazione del foro sono fortemente accoppiati e bloccati insieme. Questo ricorda una coppia di ingranaggi ingrananti in cui il movimento circolare e la rotazione sono bloccati insieme".
I qubit sono stati codificati con spin o moto orbitale di una particella carica, producendo diversi vantaggi che sono molto richiesti per la costruzione di computer quantistici. Per sfruttare i vantaggi dei qubit, Kobayashi e il team hanno utilizzato specificamente un "buco" di particelle cariche esotiche nel silicio per definire un qubit, poiché il movimento orbitale e lo spin dei fori nel silicio sono accoppiati tra loro.
I qubit spin-orbita codificati da fori sono particolarmente sensibili ai campi elettrici, secondo Kobayashi, che consente un controllo più rapido e vantaggi nell'espansione dei computer quantistici. Però, i qubit sono influenzati dal rumore elettrico, limitando il loro tempo di coerenza.
Arte concettuale del qubit spin-orbita basato su accettore. Un atomo di boro (giallo) impiantato in un cristallo di silicio (blu) delimita un foro. Il moto orbitale di un foro nel silicio è accoppiato al suo grado di libertà di spin. Questo accoppiamento ricorda gli ingranaggi in cui il movimento circolare (freccia blu) e la rotazione (freccia rossa) sono bloccati insieme. Le informazioni quantistiche sono codificate per il movimento combinato e lo spin di un foro nel qubit spin-orbita. Credito:Takashi Kobayashi, Università di Tohoku
"In questo lavoro, abbiamo progettato la sensibilità al campo elettrico del nostro qubit spin-orbita allungando il cristallo di silicio come un elastico, " ha detto Kobayashi. "Questa ingegneria meccanica del qubit spin-orbita ci consente di estendere notevolmente il suo tempo di coerenza, pur mantenendo una moderata sensibilità elettrica per controllare il qubit spin-orbita."
Pensa agli ingranaggi di un orologio. La loro rotazione individuale spinge l'intero meccanismo per tenere il tempo. Non è né lo spin né il moto orbitale, ma una loro combinazione che porta avanti le informazioni.
"Questi risultati aprono un percorso per sviluppare nuovi sistemi quantistici artificiali e per migliorare la funzionalità e la scalabilità delle tecnologie quantistiche basate sullo spin, " disse Kobayashi.
