Due gruppi di ricerca che lavorano negli stessi laboratori dell'UNSW Australia hanno trovato soluzioni distinte a una sfida critica che ha ostacolato la realizzazione di computer quantistici super potenti.

I team hanno creato due tipi di bit quantistici, o "qubit" – gli elementi costitutivi dei computer quantistici – che elaborano dati quantistici con una precisione superiore al 99%. I due risultati sono stati pubblicati contemporaneamente oggi sulla rivista Nanotecnologia della natura .

"Affinché l'informatica quantistica diventi una realtà, dobbiamo far funzionare i bit con tassi di errore molto bassi, " dice il professor di Scientia Andrew Dzurak, che è direttore dell'Australian National Fabrication Facility presso UNSW, dove sono stati realizzati i dispositivi.

"Ora abbiamo trovato due percorsi paralleli per costruire un computer quantistico in silicio, ognuno dei quali mostra questa super precisione, " aggiunge il Professore Associato Andrea Morello della Scuola di Ingegneria Elettrica e Telecomunicazioni dell'UNSW.

Le squadre UNSW, che sono anche affiliati con l'ARC Center of Excellence for Quantum Computation &Communication Technology, sono stati i primi al mondo a dimostrare qubit di spin a singolo atomo nel silicio, segnalato in Natura nel 2012 e 2013.

Ora il team guidato da Dzurak ha scoperto un modo per creare un qubit "atomo artificiale" con un dispositivo notevolmente simile ai transistor al silicio utilizzati nell'elettronica di consumo, noti come MOSFET. Il ricercatore post-dottorato Menno Veldhorst, autore principale dell'articolo che riporta il qubit dell'atomo artificiale, dice, "È davvero sorprendente poter realizzare un qubit così accurato utilizzando praticamente gli stessi dispositivi che abbiamo nei nostri laptop e telefoni".

Nel frattempo, Il team di Morello ha spinto il qubit dell'atomo di fosforo "naturale" agli estremi delle prestazioni. Dottor Juha Muhonen, un ricercatore post-dottorato e autore principale sulla carta qubit atomo naturale, note:"L'atomo di fosforo contiene infatti due qubit:l'elettrone, e il nucleo. Con il nucleo in particolare, abbiamo raggiunto una precisione vicina al 99,99%. Ciò significa solo un errore ogni 10, 000 operazioni quantistiche."

Dzurak spiega che, "anche se esistono metodi per correggere gli errori, la loro efficacia è garantita solo se gli errori si verificano meno dell'1% delle volte. I nostri esperimenti sono tra i primi a stato solido, e il primo in assoluto in silicio, per soddisfare questo requisito".

Le operazioni ad alta precisione per i qubit atomici naturali e artificiali si ottengono posizionando ciascuno all'interno di un sottile strato di silicio appositamente purificato, contenente solo l'isotopo silicio-28. Questo isotopo è perfettamente amagnetico e, a differenza di quelli in silicio naturale, non disturba il bit quantistico. Il silicio purificato è stato fornito grazie alla collaborazione con il professor Kohei Itoh della Keio University in Giappone.

Il prossimo passo per i ricercatori è costruire coppie di bit quantistici altamente precisi. Si prevede che i grandi computer quantistici siano costituiti da molte migliaia o milioni di qubit e possano integrare atomi sia naturali che artificiali.

Il team di ricerca di Morello ha anche stabilito un "tempo di coerenza" da record mondiale per un singolo bit quantistico tenuto allo stato solido. "Il tempo di coerenza è una misura di quanto tempo puoi conservare le informazioni quantistiche prima che vadano perse, " dice Morello. Più lungo è il tempo di coerenza, più diventa facile eseguire lunghe sequenze di operazioni, e quindi calcoli più complessi.

Il team è stato in grado di memorizzare informazioni quantistiche in un nucleo di fosforo per più di 30 secondi. "Mezzo minuto è un'eternità nel mondo dei quanti. Preservare una 'sovrapposizione quantistica' per così tanto tempo, e dentro quella che è fondamentalmente una versione modificata di un normale transistor, è qualcosa che quasi nessuno credeva possibile fino ad oggi, "dice Morello.

"Per i nostri due gruppi ottenere contemporaneamente questi straordinari risultati con due sistemi abbastanza diversi è molto speciale, in particolare perché siamo davvero grandi amici, " aggiunge Dzurak.