Il processore quantistico a sei qubit descritto in questo articolo. I qubit vengono creati regolando la tensione sui fili rosso, blu e verde sul chip. Le strutture denominate SD1 e SD2 sono sensori di campo elettrico estremamente sensibili, in grado di rilevare anche la carica di un singolo elettrone. Questi sensori, insieme a schemi di controllo avanzati, hanno consentito ai ricercatori di posizionare singoli elettroni nelle posizioni etichettate (1)-(6), che sono stati quindi gestiti come qubit. Credito:QuTech
I ricercatori di QuTech, una collaborazione tra la Delft University of Technology e TNO, hanno progettato un numero record di sei spin qubit basati su silicio in un array completamente interoperabile. È importante sottolineare che i qubit possono essere utilizzati con un basso tasso di errore che si ottiene con un nuovo design del chip, una procedura di calibrazione automatizzata e nuovi metodi per l'inizializzazione e la lettura dei qubit. Questi progressi contribuiranno a un computer quantistico scalabile basato sul silicio. I risultati sono pubblicati in Natura oggi.
Diversi materiali possono essere utilizzati per produrre qubit, l'analogo quantistico al bit del computer classico, ma nessuno sa quale materiale risulterà essere il migliore per costruire un computer quantistico su larga scala. Finora ci sono state solo piccole dimostrazioni di chip quantistici di silicio con operazioni qubit di alta qualità. Ora, i ricercatori di QuTech, guidati dal Prof. Lieven Vandersypen, hanno prodotto un chip da sei qubit in silicio che funziona con bassi tassi di errore. Questo è un passo importante verso un computer quantistico tollerante ai guasti che utilizzi il silicio.
Per creare i qubit, i singoli elettroni sono posti in una matrice lineare di sei "punti quantici" distanziati di 90 nanometri l'uno dall'altro. La serie di punti quantici è realizzata in un chip di silicio con strutture che ricordano molto da vicino il transistor, un componente comune in ogni chip di computer. Una proprietà della meccanica quantistica chiamata spin viene utilizzata per definire un qubit con il suo orientamento che definisce lo stato logico 0 o 1. Il team ha utilizzato radiazioni a microonde, campi magnetici e potenziali elettrici finemente sintonizzati per controllare e misurare lo spin dei singoli elettroni e farli interagire tra loro.
"La sfida dell'informatica quantistica oggi è composta da due parti", ha spiegato il primo autore Stephan Philips. "Sviluppare qubit di qualità sufficientemente buona e sviluppare un'architettura che consenta di costruire grandi sistemi di qubit. Il nostro lavoro rientra in entrambe le categorie. E poiché l'obiettivo generale di costruire un computer quantistico è uno sforzo enorme, penso che lo sia è giusto dire che abbiamo dato un contributo nella giusta direzione."
Lo spin dell'elettrone è una proprietà delicata. Piccoli cambiamenti nell'ambiente elettromagnetico fanno fluttuare la direzione di rotazione e questo aumenta il tasso di errore. Il team di QuTech si è basato sulla sua precedente esperienza nell'ingegneria dei punti quantici con nuovi metodi per la preparazione, il controllo e la lettura degli stati di spin degli elettroni. Usando questa nuova disposizione di qubit, potrebbero creare porte logiche e sistemi entangle di due o tre elettroni, su richiesta.
Gli array quantistici con oltre 50 qubit sono stati prodotti utilizzando qubit superconduttori. È la disponibilità globale dell'infrastruttura di ingegneria del silicio, tuttavia, che offre ai dispositivi quantistici al silicio la promessa di una migrazione più semplice dalla ricerca all'industria. Il silicio presenta alcune sfide ingegneristiche e, fino a questo lavoro da parte del team QuTech, solo array fino a tre qubit potevano essere progettati in silicio senza sacrificare la qualità.
"Questo documento mostra che con un'attenta progettazione, è possibile aumentare il conteggio dei qubit di spin del silicio mantenendo la stessa precisione dei singoli qubit. Il blocco fondamentale sviluppato in questa ricerca potrebbe essere utilizzato per aggiungere ancora più qubit nelle prossime iterazioni di studio", ha affermato il coautore Dr. Mateusz Madzik.
"In questa ricerca spingiamo il limite del numero di qubit nel silicio e raggiungiamo un'elevata fedeltà di inizializzazione, un'elevata fedeltà di lettura, un'elevata fedeltà di gate a qubit singolo e un'elevata fedeltà di stato a due qubit", ha affermato il prof. Vandersypen. "Quello che spicca davvero è che dimostriamo tutte queste caratteristiche insieme in un unico esperimento su un numero record di qubit". + Esplora ulteriormente
