Le CPU sono costruite utilizzando la tecnologia dei semiconduttori, che è in grado di mettere miliardi di transistor su un singolo chip. Ora, ricercatori del gruppo di Menno Veldhorst al QuTech, una collaborazione tra TU Delft e TNO, hanno dimostrato che questa tecnologia può essere utilizzata per costruire una matrice bidimensionale di qubit per funzionare come processore quantistico. Il loro lavoro, una pietra miliare cruciale per la tecnologia quantistica scalabile, è stato pubblicato oggi in Natura .

I computer quantistici hanno il potenziale per risolvere problemi impossibili da affrontare con i computer classici. Mentre gli attuali dispositivi quantistici contengono decine di qubit, l'elemento base della tecnologia quantistica, un futuro computer quantistico universale in grado di eseguire qualsiasi algoritmo quantistico sarà probabilmente composto da milioni a miliardi di qubit. I qubit di punti quantici promettono di essere un approccio scalabile in quanto possono essere definiti utilizzando tecniche di produzione di semiconduttori standard. Veldhorst:"Mettendo quattro di questi qubit in una griglia due per due, dimostrando il controllo universale su tutti i qubit, e far funzionare un circuito quantistico che intreccia tutti i qubit, abbiamo fatto un importante passo avanti nella realizzazione di un approccio scalabile per il calcolo quantistico".

Un intero processore quantistico

Elettroni intrappolati in punti quantici, strutture a semiconduttore di poche decine di nanometri, sono stati studiati per più di due decenni come piattaforma per l'informazione quantistica. Nonostante tutte le promesse, il ridimensionamento oltre la logica a due qubit è rimasto sfuggente. Per rompere questa barriera, i gruppi di Menno Veldhorst e Giordano Scappucci decisero di adottare un approccio completamente diverso e iniziarono a lavorare con i buchi (cioè, elettroni mancanti) in germanio. Utilizzando questo approccio, gli stessi elettrodi necessari per definire i qubit potrebbero essere utilizzati anche per controllarli e intrecciarli.

"Non è necessario aggiungere grandi strutture aggiuntive accanto a ciascun qubit in modo che i nostri qubit siano quasi identici ai transistor in un chip di computer, "dice Nico Hendrickx, dottorando nel gruppo di Menno Veldhorst e primo autore dell'articolo. "Per di più, abbiamo ottenuto un controllo eccellente e possiamo accoppiare i qubit a piacimento, permettendoci di programmarne uno, Due, tre, e porte a quattro qubit, promettenti circuiti quantistici altamente compatti."

Il 2D è la chiave

Dopo aver creato con successo il primo qubit a punti quantici al germanio nel 2019, il numero di qubit sui loro chip è raddoppiato ogni anno. "Quattro qubit non fanno in alcun modo un computer quantistico universale, Certo, "Dice Veldhorst. "Ma mettendo i qubit in una griglia due per due, ora sappiamo come controllare e accoppiare i qubit lungo direzioni diverse." Qualsiasi architettura realistica per l'integrazione di un gran numero di qubit richiede che siano interconnessi lungo due dimensioni.

Germanio come piattaforma altamente versatile

La dimostrazione della logica a quattro qubit in germanio definisce lo stato dell'arte per il campo dei punti quantici e segna un passo importante verso la densità, ed esteso, Griglie di qubit a semiconduttore bidimensionali. Oltre alla sua compatibilità con la produzione avanzata di semiconduttori, il germanio è anche un materiale molto versatile. Ha proprietà fisiche entusiasmanti come l'accoppiamento spin-orbita e può entrare in contatto con materiali come i superconduttori. Il germanio è quindi considerato una piattaforma eccellente in diverse tecnologie quantistiche. Veldhorst:"Ora che sappiamo come produrre germanio e far funzionare una serie di qubit, il percorso dell'informazione quantistica al germanio può davvero iniziare."