Un'illustrazione della piattaforma qubit composta da un singolo elettrone su neon solido. I ricercatori hanno congelato il gas neon in un solido a temperature molto basse, spruzzato elettroni da una lampadina sul solido e intrappolato un singolo elettrone lì per creare un qubit. Credito:Dafei Jin/Laboratorio Nazionale Argonne
Stai senza dubbio visualizzando questo articolo su un dispositivo digitale la cui unità di base dell'informazione è il bit, 0 o 1. Scienziati di tutto il mondo stanno gareggiando per sviluppare un nuovo tipo di computer basato sull'uso di bit quantistici, o qubit, che possono contemporaneamente essere 0 e 1 e potrebbe un giorno risolvere problemi complessi al di là di qualsiasi supercomputer classico.
Un team guidato da ricercatori dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), in stretta collaborazione con il Professore Associato di Ingegneria Meccanica del FAMU-FSU College of Engineering Wei Guo, ha annunciato la creazione di una nuova piattaforma qubit che mostra grandi promesse di essere sviluppato in futuri computer quantistici. Il loro lavoro è pubblicato su Natura .
"I computer quantistici potrebbero essere uno strumento rivoluzionario per eseguire calcoli che sono praticamente impossibili per i computer classici, ma c'è ancora del lavoro da fare per renderli realtà", ha affermato Guo, un coautore dell'articolo. "Con questa ricerca, pensiamo di avere una svolta che fa molto per creare qubit che aiutino a realizzare il potenziale di questa tecnologia."
Il team ha creato il suo qubit congelando il gas neon in un solido a temperature molto basse, spruzzando elettroni da una lampadina sul solido e intrappolandovi un singolo elettrone.
Sebbene ci siano molte scelte di tipi di qubit, il team ha scelto quello più semplice:un singolo elettrone. Riscaldare un semplice filamento di luce come quello che potresti trovare in un giocattolo per bambini può facilmente emettere una quantità illimitata di elettroni.
Una qualità importante per i qubit è la loro capacità di rimanere in uno stato simultaneo 0 o 1 per lungo tempo, noto come "tempo di coerenza". Quel tempo è limitato e il limite è determinato dal modo in cui i qubit interagiscono con il loro ambiente. I difetti nel sistema dei qubit possono ridurre significativamente il tempo di coerenza.
Per questo motivo, il team ha scelto di intrappolare un elettrone su una superficie di neon solido ultrapuro nel vuoto. Il neon è uno dei soli sei elementi inerti, il che significa che non reagisce con altri elementi.
"A causa di questa inerzia, il neon solido può fungere da solido più pulito possibile nel vuoto per ospitare e proteggere i qubit dall'interruzione", ha affermato Dafei Jin, uno scienziato Argonne e ricercatore principale del progetto.
Utilizzando un risonatore superconduttore su scala di chip, come un forno a microonde in miniatura, il team è stato in grado di manipolare gli elettroni intrappolati, consentendo loro di leggere e archiviare informazioni dal qubit, rendendolo così utile per l'uso nei futuri computer quantistici.
Ricerche precedenti utilizzavano l'elio liquido come mezzo per trattenere gli elettroni. Quel materiale era facile da realizzare privo di difetti, ma le vibrazioni della superficie priva di liquido potevano facilmente disturbare lo stato dell'elettrone e quindi compromettere le prestazioni del qubit.
Il neon solido offre un materiale con pochi difetti che non vibra come l'elio liquido. Dopo aver costruito la piattaforma, il team ha eseguito operazioni qubit in tempo reale utilizzando fotoni a microonde su un elettrone intrappolato e ne ha caratterizzato le proprietà quantistiche. Questi test hanno dimostrato che il neon solido ha fornito un ambiente robusto per l'elettrone con un rumore elettrico molto basso per disturbarlo. Ancora più importante, il qubit ha raggiunto tempi di coerenza nello stato quantistico competitivo con altri qubit all'avanguardia.
La semplicità della piattaforma qubit dovrebbe anche prestarsi a una produzione semplice ea basso costo, ha affermato Jin.
La promessa dell'informatica quantistica risiede nella capacità di questa tecnologia di nuova generazione di calcolare determinati problemi molto più velocemente dei computer classici. I ricercatori mirano a combinare lunghi tempi di coerenza con la capacità di più qubit di collegarsi insieme, nota come entanglement. I computer quantistici potrebbero quindi trovare le risposte a problemi che richiederebbero molti anni per essere risolti da un computer classico.
Consideriamo un problema in cui i ricercatori vogliono trovare la configurazione energetica più bassa di una proteina composta da molti aminoacidi. Questi amminoacidi possono piegarsi in trilioni di modi che nessun computer classico ha la memoria per gestire. Con l'informatica quantistica, è possibile utilizzare qubit entangled per creare una sovrapposizione di tutte le configurazioni di piegatura, offrendo la possibilità di verificare tutte le possibili risposte contemporaneamente e risolvere il problema in modo più efficiente.
"I ricercatori dovrebbero solo fare un calcolo, invece di provare trilioni di possibili configurazioni", ha detto Guo. + Esplora ulteriormente
