Siamo già ad un passo dai chip quantistici contenenti milioni di qubit. Questo esperimento ha successo

I modelli di computer quantistici sviluppati da IBM, Google, Intel e Honeywell, tra gli altri, contengono solo pochi qubit. La sua complessità ha continuato ad aumentare negli ultimi cinque anni, ma nonostante ciò, I loro qubit non sono sufficienti Quindi possiamo smettere di vederli come prototipi e iniziare ad affrontare un sacco di problemi. È in gioco la tua capacità di correggere i tuoi errori.

Le aziende che ho menzionato nel paragrafo precedente e alcune altre si stanno impegnando per sviluppare tecnologie che consentiranno loro di aumentare la scalabilità dei loro chip quantistici, ma non sono facili da preparare. E non perché sia ​​importante non solo avere qubit di alta qualità; È inoltre necessario disporre di un accurato sistema di controllo. Questa citazione del fisico spagnolo Ignacio Cerac, uno dei padri fondatori dell’informatica quantistica, è tratta da una conversazione che abbiamo avuto con lui nel giugno 2021 ed esprime molto chiaramente perché è importante avere molti qubit:

“Il numero di qubit dipenderà dal tipo di problemi che vogliamo risolvere con i computer quantistici. Per affrontare problemi simbolici, avremo bisogno di diversi milioni di qubit, forse anche di centinaia di milioni di qubit c’è ancora molta strada da fare”. “Ci sono persone che dicono che con 100.000 qubit forse si può risolvere un certo problema, ma in realtà sono necessari molti qubit.”

Questo esperimento dipinge un orizzonte in cui compaiono chip contenenti milioni di qubit

La ricerca dell’elevata scalabilità che renderebbe possibili computer quantistici pienamente funzionanti potrebbe essere affrontata utilizzando strategie molto diverse. Il primo è migliorare la tecnologia di produzione dei transistor al silicio attualmente utilizzata dai produttori di circuiti integrati per consentire loro di produrre un chip in grado di assemblare molti qubit. Un gruppo di ricercatori dell’Università di Basilea in Svizzera ha affrontato questo approccio Un’esperienza insolitamente promettente.

Sono stati in grado di sviluppare una porta logica a due qubit all’interno di un transistor di silicio convenzionale. La loro strategia è quella di trasformarsi in un tipo di qubit che sfrutta lo spin di un elettrone, ovvero lo spin di una lacuna (la lacuna determina essenzialmente l’assenza di un elettrone nel semiconduttore). La rotazione è una proprietà intrinseca Particelle elementari, più la carica elettrica risultante dalla loro coppia angolare. La prima prova sperimentale a sostegno della sua esistenza arrivò nel 1922 grazie agli esperimenti dei fisici tedeschi Otto Stern e Walter Gerlach.

Il motivo per cui non è facile capire esattamente cos’è lo spin è perché è un fenomeno quantistico, quindi non è del tutto corretto descriverlo come un movimento rotatorio convenzionale nello spazio. Tuttavia, la descrizione che ho suggerito nel paragrafo precedente viene solitamente utilizzata a scopo didattico perché ci aiuta a capire senza troppi sforzi di cosa stiamo parlando. Tuttavia, la natura quantistica di questa proprietà ci dice qualcosa di importante: misurarla è difficile.

Sia gli elettroni che le lacune hanno spin, quindi questa proprietà può assumere uno dei due stati possibili: su o giù. È evidente la somiglianza con le parti dei computer classici, che possono anch’essi adottare uno dei due valori possibili (0 o 1). Tuttavia, lo spin delle lacune presenta un vantaggio importante rispetto allo spin degli elettroni quando viene utilizzato per implementare un qubit: Può essere completamente controllato elettricamente Senza dover ricorrere ad elementi aggiuntivi sul chip, come ad esempio i micromagneti.

Per focalizzare ancora un po’ l’inquadratura, quello che ci interessa sapere è che i fisici dell’Università di Basilea hanno dimostrato che è possibile intrappolare e sfruttare lo spin di un foro in un semiconduttore per realizzare un qubit. Se lo dici tu, questo non sembra un grosso problema, ma è un traguardo molto importante. Questo perché spalanca le porte alla possibilità di utilizzare l’attuale tecnologia di produzione dei semiconduttori, che ha raggiunto un’indiscutibile maturità, per produrre circuiti integrati in grado di assemblare milioni di qubit. Per ora abbiamo solo questa esperienza, ma c’è la possibilità che questa strategia fiorisca e ci regali una sorpresa molto piacevole a medio termine. fiduciosamente.

Immagine | IBM

Maggiori informazioni | Università di Basilea

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