Un singolo qubit centrale a T nel reticolo di silicio (rendering), che supporta il primo singolo spin mai osservato otticamente nel silicio. I costituenti del centro T (due atomi di carbonio e un atomo di idrogeno) sono mostrati in arancione e lo spin dell'elettrone indirizzabile otticamente è di un brillante blu pallido. Credito:fotonico
I ricercatori della Simon Fraser University hanno fatto un passo avanti cruciale nello sviluppo della tecnologia quantistica.
La loro ricerca, pubblicata su Natura oggi, descrive le loro osservazioni di oltre 150.000 qubit di spin fotonico "T center" di silicio, un'importante pietra miliare che sblocca opportunità immediate per costruire computer quantistici altamente scalabili e l'Internet quantistica che li collegherà.
L'informatica quantistica ha un enorme potenziale per fornire potenza di calcolo ben oltre le capacità dei supercomputer odierni, il che potrebbe consentire progressi in molti altri campi, tra cui chimica, scienza dei materiali, medicina e sicurezza informatica.
Affinché ciò diventi realtà, è necessario produrre sia qubit stabili e di lunga durata che forniscano potenza di elaborazione, sia la tecnologia di comunicazione che consente a questi qubit di collegarsi su larga scala.
Ricerche precedenti hanno indicato che il silicio può produrre alcuni dei qubit più stabili e di lunga durata del settore. Ora la ricerca pubblicata da Daniel Higginbottom, Alex Kurkjian e coautori fornisce la prova di principio che i centri T, uno specifico difetto luminescente nel silicio, possono fornire un "collegamento fotonico" tra i qubit. Questo viene fuori dal laboratorio di tecnologia quantistica del silicio della SFU nel dipartimento di fisica della SFU, co-diretto da Stephanie Simmons, Canada Research Chair in Silicon Quantum Technologies e Michael Thewalt, Professore emerito.
Una serie di dispositivi fotonici integrati, utilizzati per eseguire la prima misurazione a singolo spin completamente ottica in silicio. Al centro di ogni "microdisco" viene visualizzato un singolo giro luminescente. Una freccia a spirale indica l'accoppiamento fotonico da uno di questi qubit di spin. Credito:fotonico
"Questo lavoro è la prima misurazione di singoli centri T isolati e, in realtà, la prima misurazione di ogni singolo spin nel silicio da eseguire solo con misurazioni ottiche", afferma Stephanie Simmons.
"Un emettitore come il centro T che combina qubit di spin ad alte prestazioni e generazione di fotoni ottici è l'ideale per realizzare computer quantistici scalabili e distribuiti, perché possono gestire l'elaborazione e le comunicazioni insieme, piuttosto che dover interfacciare due diverse tecnologie quantistiche, uno per l'elaborazione e uno per le comunicazioni", afferma Simmons.
Inoltre, i centri T hanno il vantaggio di emettere luce alla stessa lunghezza d'onda utilizzata dalle odierne apparecchiature metropolitane per comunicazioni in fibra e reti di telecomunicazioni.
Un'immagine al microscopio ottico di una serie di dispositivi fotonici integrati, utilizzati per eseguire la prima misurazione completamente ottica a singolo spin in silicio. Decine di migliaia di tali dispositivi "micropuck" sono stati fabbricati su un singolo chip fotonico di silicio. Credito:fotonico
"Con i centri T, puoi costruire processori quantistici che comunicano intrinsecamente con altri processori", afferma Simmons. "Quando il tuo qubit di silicio può comunicare emettendo fotoni (luce) nella stessa banda utilizzata nei data center e nelle reti in fibra, ottieni gli stessi vantaggi per connettere i milioni di qubit necessari per l'informatica quantistica."
Lo sviluppo della tecnologia quantistica che utilizza il silicio offre l'opportunità di scalare rapidamente il calcolo quantistico. L'industria globale dei semiconduttori è già in grado di produrre a buon mercato chip per computer in silicio su larga scala, con un livello di precisione sbalorditivo. Questa tecnologia costituisce la spina dorsale dell'informatica e delle reti moderne, dagli smartphone ai supercomputer più potenti del mondo.
I dati che rivelano la prima osservazione ottica di spin nel silicio. Le scansioni a due laser di un singolo giro rivelano picchi centrali distinti in spin split; qui i dati sperimentali vengono visualizzati come un mosaico estruso. Credito:fotonico
I dati che rivelano la prima osservazione ottica di spin nel silicio. Le scansioni a due laser di un singolo giro rivelano picchi centrali distinti in spin split; qui i dati sperimentali vengono visualizzati come una mappa di calore a mosaico. Credito:fotonico
"Trovando un modo per creare processori di calcolo quantistico in silicio, puoi trarre vantaggio da tutti gli anni di sviluppo, conoscenza e infrastruttura utilizzati per produrre computer convenzionali, piuttosto che creare un settore completamente nuovo per la produzione quantistica", afferma Simmons. "Questo rappresenta un vantaggio competitivo quasi insormontabile nella corsa internazionale per un computer quantistico". + Esplora ulteriormente
