Creare un potente, il computer quantistico su larga scala dipende da un design intelligente in modo tale che molti qubit (l'elemento costitutivo di un computer quantistico) possano essere controllati e letti. Ricercatori di QuTech, una collaborazione tra TU Delft e TNO, hanno inventato un nuovo metodo di lettura che rappresenta un importante passo avanti sulla strada verso un computer quantistico su larga scala. Hanno pubblicato i loro risultati in Comunicazioni sulla natura oggi.

Come far cadere il domino

"Il nostro nuovo metodo di lettura si basa su un fenomeno che tutti noi conosciamo dalla nostra infanzia:rovesciare il domino, " disse Sjaak van Diepen, dottorato di ricerca ricercatore nel gruppo di Lieven Vandersypen e autore principale dell'articolo. "Una prima transizione innesca una seconda transizione, una seconda transizione innesca una terza transizione, e così via, proprio come i domino che si ribaltano in una reazione a catena." Considerando le implicazioni di questo effetto domino, il team ha portato il team a inventare un nuovo metodo di lettura. Sarà in grado di superare una grande sfida implicata nel passaggio a larga scala computer quantistici:quello della connettività qubit (la capacità di connettere più qubit tra loro).

Spin-qubit in array di punti quantici

L'approccio del gruppo di Vandersypen alla costruzione di un computer quantistico si basa sui cosiddetti qubit di spin in array di punti quantici. I punti quantici sono isole molto piccole che possono confinare ciascuna uno o più elettroni e sono accoppiate in tunnel ai loro vicini. Lo spin dell'elettrone agisce come un qubit. Gli spin qubit nei punti quantici vengono letti tramite un rivelatore molto sensibile che misura la carica nel suo ambiente. Van Diepen:"I sensori di carica funzionano bene, ma solo localmente:devono essere nelle immediate vicinanze della carica che misurano. Aumentare l'attuale approccio verso un gran numero di qubit interconnessi limiterà quindi la connettività dei qubit, perché avremmo bisogno di posizionare i sensori vicino a tutti i qubit."

Trasferimento di informazioni quantistiche a distanza

Il nuovo schema di lettura inventato dagli scienziati assicura che anche un qubit di spin lontano dal sensore di carica venga comunque letto con elevata precisione. Tzu Kan Hsiao, postdoc e secondo autore dell'articolo:"Il nostro metodo di lettura si basa sul fatto che gli addebiti interagiscono tra loro. Pertanto, una prima transizione di carica può innescare altre transizioni di carica, formando una cascata di transizioni."

Prima che possa verificarsi una tale cascata di transizioni, i ricercatori devono prima assicurarsi che gli elettroni diventino sensibili a tali transizioni, proprio come i domino devono essere messi in posizione verticale prima che possano rovesciarsi. Van Diepen:"Inneschiamo una prima transizione di carica attraverso un metodo chiamato conversione da spin a carica, dove un particolare stato di spin porterà a una transizione di carica. Questo innesca la cascata di transizioni, permettendoci di leggere la rotazione di una carica lontano dal sensore."

Gli scienziati sperano che altri gruppi di ricerca e l'industria che lavorano allo sviluppo di un computer quantistico trarranno vantaggio dall'implementazione del metodo di lettura e si baseranno sui loro risultati. In questo modo, le sfide sulla strada verso un computer quantistico su larga scala possono essere superate una per una, proprio come rovesciare i domino.