Nella corsa per produrre un computer quantistico, un certo numero di progetti stanno cercando un modo per creare bit quantistici, o qubit, che siano stabili, il che significa che non sono molto influenzati dai cambiamenti nel loro ambiente. Ciò richiede normalmente elementi non dissipativi altamente non lineari in grado di funzionare a temperature molto basse.

Nel perseguimento di questo obiettivo, ricercatori del Laboratorio di fotonica e misure quantistiche LPQM (STI/SB) dell'EPFL, hanno studiato un condensatore quantico non lineare a base di grafene, compatibile con le condizioni criogeniche dei circuiti superconduttori, e basato su materiali bidimensionali (2D). Quando è collegato a un circuito, questo condensatore ha il potenziale per produrre qubit stabili e offre anche altri vantaggi, come essere relativamente più facile da fabbricare rispetto a molti altri dispositivi criogenici non lineari noti, ed essendo molto meno sensibile alle interferenze elettromagnetiche. Questa ricerca è stata pubblicata in Materiali e applicazioni 2D .

I normali computer digitali funzionano sulla base di un codice binario composto da bit con valore 0 o 1. Nei computer quantistici, i bit sono sostituiti da qubit, che può trovarsi in due stati contemporaneamente, con sovrapposizione arbitraria. Ciò aumenta notevolmente la loro capacità di calcolo e archiviazione per determinate classi di applicazioni. Ma creare qubit non è un'impresa da poco:i fenomeni quantistici richiedono condizioni altamente controllate, comprese le temperature molto basse.

Per produrre qubit stabili, un approccio promettente è quello di utilizzare circuiti superconduttori, la maggior parte dei quali opera sulla base dell'effetto Josephson. Sfortunatamente, sono difficili da realizzare e sensibili ai perturbanti campi magnetici vaganti. Ciò significa che il circuito finale deve essere estremamente ben schermato sia termicamente che elettromagneticamente, che preclude l'integrazione compatta.

All'LPQM dell'EPFL, questa idea di un condensatore facile da realizzare, è stato esplorato meno ingombrante e meno soggetto a interferenze. È costituito da nitruro di boro isolante inserito tra due fogli di grafene. Grazie a questa struttura a sandwich e alle proprietà insolite del grafene, la carica in ingresso non è proporzionale alla tensione che viene generata. Questa non linearità è un passaggio necessario nel processo di generazione di bit quantistici. Questo dispositivo potrebbe migliorare significativamente il modo in cui vengono elaborate le informazioni quantistiche, ma ci sono anche altre potenziali applicazioni. Potrebbe essere usato per creare circuiti ad alta frequenza molto non lineari, fino al regime dei terahertz, o per mixer, amplificatori, e accoppiamento ultra forte tra i fotoni.