Un nuovo studio indica che i buchi rappresentano la soluzione al compromesso velocità/coerenza operativa, potenziale scalabilità dei qubit a un computer mini-quantistico.

Si prevede che i computer quantistici siano molto più potenti e funzionali dei computer "classici" di oggi.

Un modo per creare un bit quantistico è usare lo "spin" di un elettrone, che può puntare in alto o in basso. Per rendere i computer quantistici il più veloci ed efficienti possibile, vorremmo farli funzionare utilizzando solo campi elettrici, che vengono applicati utilizzando normali elettrodi.

Sebbene lo spin normalmente non "parli" con i campi elettrici, in alcuni materiali gli spin possono interagire indirettamente con i campi elettrici, e questi sono alcuni dei materiali più interessanti attualmente studiati nell'informatica quantistica.

L'interazione che consente agli spin di parlare con i campi elettrici è chiamata interazione spin-orbita, e viene fatto risalire alla teoria della relatività di Einstein.

La paura dei ricercatori di informatica quantistica è stata che quando questa interazione è forte, qualsiasi guadagno nella velocità operativa sarebbe compensato da una perdita di coerenza (essenzialmente, quanto tempo possiamo conservare le informazioni quantistiche).

"Se gli elettroni iniziano a parlare con i campi elettrici che applichiamo in laboratorio, questo significa che sono anche esposti a indesiderati, i campi elettrici fluttuanti che esistono in qualsiasi materiale (generalmente chiamato "rumore") e le fragili informazioni quantistiche di quegli elettroni verrebbero distrutte, " dice A/Prof Dimi Culcer (UNSW/FLEET), che ha condotto lo studio della roadmap teorica.

"Ma il nostro studio ha dimostrato che questa paura non è giustificata".

"I nostri studi teorici mostrano che una soluzione si raggiunge usando buchi, che può essere pensato come l'assenza di un elettrone, comportandosi come elettroni con carica positiva."

In questo modo, un bit quantico può essere reso robusto contro le fluttuazioni di carica derivanti dallo sfondo solido.

Inoltre, il "punto debole" in cui il qubit è meno sensibile a tale rumore è anche il punto in cui può essere utilizzato più velocemente.

"Il nostro studio prevede che un tale punto esista in ogni bit quantico fatto di buchi e fornisce una serie di linee guida per gli sperimentatori per raggiungere questi punti nei loro laboratori, "dice Dimi.

Raggiungere questi punti faciliterà gli sforzi sperimentali per preservare le informazioni quantistiche il più a lungo possibile. Ciò fornirà anche strategie per "scalare" i bit quantistici, ovvero costruire un "array" di bit che funzionerebbe come un mini computer quantistico.

"Questa previsione teorica è di fondamentale importanza per il potenziamento dei processori quantistici e i primi esperimenti sono già stati effettuati, "dice il professor Sven Rogge del Center for Quantum Computing and Communication Technology (CQC2T)."

"I nostri recenti esperimenti sui qubit con fori che utilizzano accettori nel silicio hanno già dimostrato tempi di coerenza più lunghi di quanto ci aspettassimo, " dice A/Prof Joe Salfi dell'Università della British Columbia. "È incoraggiante vedere che queste osservazioni poggiano su solide basi teoriche. Le prospettive per i qubit in buca sono davvero brillanti".

La carta, "Punti operativi ottimali per ultraveloci, qubit spin-orbita del buco Ge altamente coerenti, " è stato pubblicato sulla rivista Nature partner npj Informazioni quantistiche nell'aprile 2021.