Per eseguire calcoli, I computer quantistici hanno bisogno dei qubit per agire come elementi costitutivi elementari che elaborano e memorizzano le informazioni. Ora, i fisici hanno prodotto un nuovo tipo di qubit che può essere commutato da una modalità inattiva stabile a una modalità di calcolo veloce. Il concetto consentirebbe anche di combinare un gran numero di qubit in un potente computer quantistico, come hanno riportato sulla rivista i ricercatori dell'Università di Basilea e della TU Eindhoven Nanotecnologia della natura.

Rispetto ai bit convenzionali, i bit quantistici (qubit) sono molto più fragili e possono perdere il loro contenuto informativo molto rapidamente. La sfida per il calcolo quantistico è quindi quella di mantenere stabili i qubit sensibili per un periodo di tempo prolungato, trovando allo stesso tempo modi per eseguire operazioni quantistiche rapide. Ora, i fisici dell'Università di Basilea e della TU Eindhoven hanno sviluppato un qubit commutabile che dovrebbe consentire ai computer quantistici di fare entrambe le cose.

Il nuovo tipo di qubit ha uno stato stabile ma lento, adatto alla memorizzazione di informazioni quantistiche. Però, i ricercatori sono stati anche in grado di commutare il qubit in una modalità di manipolazione molto più veloce ma meno stabile applicando una tensione elettrica. In questo stato, i qubit possono essere utilizzati per elaborare rapidamente le informazioni.

Accoppiamento selettivo dei singoli giri

Nel loro esperimento, i ricercatori hanno creato i qubit sotto forma di "hole spin". Questi si formano quando un elettrone viene deliberatamente rimosso da un semiconduttore, e la buca risultante ha uno spin che può assumere due stati, su e giù, analogo ai valori 0 e 1 nei bit classici. Nel nuovo tipo di qubit, questi spin possono essere accoppiati selettivamente, tramite un fotone, per esempio, ad altri spin sintonizzando le loro frequenze di risonanza.

Questa capacità è vitale, poiché la costruzione di un potente computer quantistico richiede la capacità di controllare e interconnettere selettivamente molti qubit individuali. La scalabilità è particolarmente necessaria per ridurre il tasso di errore nei calcoli quantistici.

Manipolazione della centrifuga ultraveloce

I ricercatori sono stati anche in grado di utilizzare l'interruttore elettrico per manipolare i qubit di spin a velocità record. "La rotazione può essere coerentemente capovolta dall'alto verso il basso in appena un nanosecondo, " afferma il leader del progetto, il professor Dominik Zumbühl del Dipartimento di Fisica dell'Università di Basilea. "Ciò consentirebbe fino a un miliardo di interruttori al secondo. La tecnologia Spin qubit si sta quindi già avvicinando alle velocità di clock dei computer convenzionali di oggi".

Per i loro esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato un nanofilo semiconduttore fatto di silicio e germanio. Prodotto a TU Eindhoven, il filo ha un diametro minuscolo di circa 20 nanometri. Poiché il qubit è quindi anche estremamente piccolo, in linea di principio dovrebbe essere possibile incorporare milioni o addirittura miliardi di questi qubit su un chip.