Introduzione

La creazione di un potente computer quantistico su larga scala dipende da un progetto intelligente, in modo da poter controllare e leggere molti qubit (l’elemento costitutivo di un computer quantistico). I ricercatori della QuTech, una collaborazione tra TU Delft e TNO, hanno inventato un nuovo metodo di lettura che è un importante passo avanti sulla strada verso un computer quantistico su larga scala.

Il loro studio è stato pubblicato su Nature Communications.

Come il rovesciamento del domino

Il nostro nuovo metodo di lettura si basa su un fenomeno che tutti noi conosciamo fin dall’infanzia: il rovesciamento del domino“, ha detto Sjaak van Diepen, ricercatore nel gruppo di Lieven Vandersypen e autore principale dell’articolo. “Una prima transizione innesca una seconda transizione, una seconda transizione innesca una terza transizione, e così via – proprio come il rovesciamento del domino in una reazione a catena“. Considerando le implicazioni di questo effetto domino, il team ha inventato un nuovo metodo di lettura. Sarà in grado di superare una grande sfida che comporta la scalata verso i computer quantistici su larga scala: quella della connettività qubit (la capacità di connettere molti qubit insieme).

Spin-qubit in serie di punti quantistici

L’approccio del gruppo di Vandersypen alla costruzione di un computer quantistico si basa sui cosiddetti spin qubits in quantum dot arrays. I punti quantistici sono isole molto piccole che possono limitare uno o più elettroni e sono collegati a tunnel con i loro vicini. Lo spin dell’elettrone agisce come un qubit. Gli spin qubits in quantum dots vengono letti attraverso un rivelatore molto sensibile che misura la carica nel suo ambiente. Van Diepen: “I sensori di carica funzionano bene, ma solo localmente: devono essere vicini alla carica che misurano. Scalare l’approccio attuale verso un gran numero di qubit interconnessi limiterà quindi la connettività qubit, perché avremmo bisogno di posizionare i sensori vicino a tutti i qubit“.

Trasferimento di informazioni quantistiche a distanza

Il nuovo schema di lettura inventato dagli scienziati fa sì che anche uno spin qubit lontano dal sensore di carica venga comunque letto con alta precisione. Tzu-Kan Hsiao, postdoc e secondo autore del saggio: “Il nostro metodo di lettura si basa sul fatto che le cariche interagiscono tra loro. Pertanto, una prima transizione di carica può innescare altre transizioni di carica – formando una cascata di transizioni“.

Prima che una tale cascata di transizioni possa verificarsi, i ricercatori devono prima assicurarsi che gli elettroni diventino sensibili a tali transizioni – così come le tessere del domino devono essere messe in posizione verticale prima che possano rovesciarsi. Van Diepen: “Noi inneschiamo una prima transizione di carica attraverso un metodo chiamato spin-to-charge conversion, dove un particolare stato di spin porterà ad una transizione di carica. Questo innesca la cascata di transizioni, permettendoci di leggere lo spin di una carica lontano dal sensore“.

Vantaggi per i gruppi di ricerca e l’industria

Gli scienziati sperano che altri gruppi di ricerca e l’industria che lavorano allo sviluppo di un computer quantistico traggano beneficio dall’implementazione del metodo di lettura e si basino sulle loro scoperte. In questo modo, le sfide sulla strada verso un computer quantistico su larga scala possono essere superate una ad una – proprio come il rovesciamento del domino.

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