computer quantistici, con le loro promesse di creare nuovi materiali e risolvere problemi matematici intrattabili, sono un sogno di molti fisici. Ora, si stanno lentamente avvicinando alla realizzazione praticabile in molti laboratori in tutto il mondo. Ma ci sono ancora enormi sfide da superare. Una centrale è la costruzione di bit quantistici stabili, l'unità fondamentale del calcolo quantistico, chiamato "qubit" in breve, che può essere collegato in rete insieme.

In uno studio pubblicato su Materiali della natura e guidato da Daniel Jirovec del gruppo Katsaros presso IST Austria in stretta collaborazione con i ricercatori del Centro interuniversitario L-NESS di Como, Italia, gli scienziati ora hanno creato un nuovo e promettente sistema candidato per qubit affidabili.

Assenza di rotazione

I ricercatori hanno creato il qubit usando la rotazione dei cosiddetti buchi. Ogni buco è semplicemente l'assenza di un elettrone in un materiale solido. Sorprendentemente, un disperso, una particella carica negativa può essere trattata fisicamente come se fosse una particella carica positiva. Può persino muoversi nel solido quando un elettrone vicino riempie il buco. Così, effettivamente, il buco descritto come particella carica positivamente si sta muovendo in avanti.

Questi fori portano anche la proprietà quantomeccanica dello spin e possono interagire se si avvicinano l'uno all'altro. "I nostri colleghi di L-NESS hanno sovrapposto diverse miscele di silicio e germanio con uno spessore di pochi nanometri uno sopra l'altro. Ciò ci consente di confinare i fori allo strato centrale ricco di germanio, " spiega Jirovec. "In cima, abbiamo aggiunto minuscoli fili elettrici, i cosiddetti gate, per controllare il movimento dei fori applicando loro tensione. I fori caricati elettricamente positivamente reagiscono alla tensione e possono essere spostati con estrema precisione all'interno del loro strato".

Usando questo controllo su nanoscala, gli scienziati hanno spostato due fori uno vicino all'altro per creare un qubit dai loro spin interagenti. Ma per far funzionare questo, avevano bisogno di applicare un campo magnetico all'intera configurazione. Qui, il loro approccio innovativo entra in gioco.

Collegamento di qubit

Nella loro configurazione, Jirovec e i suoi colleghi non solo spostano i buchi, ma ne alterano anche le proprietà. Progettando diverse proprietà del foro, hanno creato il qubit dai due spin del foro interagenti utilizzando meno di dieci millitesla di intensità del campo magnetico. Questo è un campo magnetico debole rispetto ad altre configurazioni qubit simili, che impiegano campi almeno dieci volte più forti.

Ma perché è rilevante? "Utilizzando la nostra configurazione a strati di germanio possiamo ridurre l'intensità del campo magnetico richiesta e quindi consentire la combinazione del nostro qubit con i superconduttori, solitamente inibito da forti campi magnetici, " Dice Jirovec. I superconduttori, materiali senza alcuna resistenza elettrica, supportano il collegamento di diversi qubit a causa della loro natura quantomeccanica. Ciò potrebbe consentire agli scienziati di costruire nuovi tipi di computer quantistici che combinano semiconduttori e superconduttori.

Oltre alle nuove possibilità tecniche, questi qubit di rotazione del foro sembrano promettenti a causa della loro velocità di elaborazione. Con un massimo di cento milioni di operazioni al secondo e la loro lunga durata fino a 150 microsecondi, sembrano particolarmente utili per l'informatica quantistica. Generalmente, c'è un compromesso tra queste proprietà, ma questo nuovo design unisce entrambi i vantaggi.