Un atomo di bismuto in una fetta di un cristallo di silicio. La grande nuvola verde chiaro mostra le possibili posizioni della funzione d'onda dell'elettrone legato, e la freccia viola è la sua rotazione. Lo spin nucleare del bismuto (freccia blu) può inclinarsi in dieci direzioni diverse, mostrato in rosso e giallo. Opera di Manuel Vögtli (LCN).
Un team di scienziati con sede presso il London Centre for Nanotechnology e il National High Magnetic Field Lab (NHMFL) in Florida ha scoperto un modo nuovo e più efficiente per codificare le informazioni quantistiche all'interno del silicio.
Nonostante sia compatibile con i chip di silicio che ci circondano, l'elemento chimico bismuto è stato finora trascurato a favore degli atomi di fosforo nella corsa alle tecnologie quantistiche. Questo perché la microelettronica di oggi utilizza il fosforo disciolto nel silicio.
Però, i ricercatori hanno ora scoperto che gli atomi di bismuto superano gli atomi di fosforo. Il bismuto è l'atomo stabile più pesante e ha uno "spin" nucleare corrispondentemente grande. La sua rotazione quantistica è come un minuscolo ago della bussola che può esistere in uno dei dieci stati corrispondenti a diverse inclinazioni (vedi immagine sotto) invece delle due direzioni disponibili per un nucleo di fosforo. Ciò consente ai nuclei di bismuto di memorizzare molte più informazioni quantistiche rispetto ai nuclei di fosforo.
La ricerca, che è descritto nel giornale Materiali della natura e in un prossimo articolo in Lettere di revisione fisica , rivela il potenziale degli atomi di bismuto per la costruzione di un computer quantistico.
Le osservazioni portano a suggerire un "dream team" che utilizza atomi di bismuto e fosforo nel silicio. Poiché sono diversi, possono essere manipolati indipendentemente. Il bismuto immagazzinerebbe le informazioni quantistiche mentre il fosforo controlla il flusso di informazioni.
L'autore principale, il dott. Gavin Morley del London Centre for Nanotechnology, ha dichiarato:"Gli ostacoli sperimentali che abbiamo superato nella nostra ricerca includono l'uso del bismuto nel silicio per la preparazione, controllo e memorizzazione di informazioni quantistiche. In questo caso più grande è meglio perché il nucleo più grande di bismuto offre più spazio per la memorizzazione di informazioni quantistiche».
Il coautore Marshall Stoneham ha dichiarato:“Se si potesse costruire un computer quantistico, potrebbe risolvere alcuni problemi che sono stati a lungo considerati impossibili. Avere un tipo di atomo per immagazzinare informazioni quantistiche nel silicio, e un altro modo per controllarlo è come portare una seconda persona in una conversazione individuale:molto più interessante!”
