Innovativo Chip Quantistico Superare un Ostacolo Importante nel Settore

I fisici quantistici dell’Università di Copenaghen hanno fatto un grande passo avanti nel settore della tecnologia quantistica, superando un ostacolo importante. Il team ha operato simultaneamente più qubit di spin sulla stessa scheda quantistica, il che aiuterà a creare supercomputer.

Uno degli ostacoli principali per raggiungere un grande computer quantistico funzionale è il controllo dei molti dispositivi di memoria di base, o qubit, simultaneamente. Quando un qubit è controllato, c’è di solito un effetto negativo a causa dei pulsanti di controllo simultanei applicati a un altro.

Il team che ha superato questa sfida includeva una coppia di fisici quantistici dell’Istituto Niels Bohr dell’Università di Copenaghen – lo studente di dottorato e il postdoc Frederico Fedele, e l’assistente professore Anasua Chatterjee. I due stavano lavorando nel gruppo dell’assistente professore Ferdinand Kuemmeth.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Physical Review X Quantum.

Nuovo Approccio con Qubit di Spin

Mentre aziende come Google (GOOGL ) e IBM si sono concentrate sulla tecnologia dei superconduttori per i processori quantistici, il gruppo di ricerca si sta concentrando di più sui qubit dei semiconduttori, o qubit di spin.

“In generale, consistono di spin di elettroni intrappolati in nanostrutture semiconduttrici chiamate punti quantici, in modo che gli stati di spin individuali possano essere controllati e intrecciati tra loro”, dice Fedele.

I qubit di spin possono mantenere i loro stati quantistici per un lungo periodo di tempo, il che potenzialmente consente loro di eseguire calcoli più veloci e precisi rispetto ad altri tipi di piattaforme. A causa della loro piccola dimensione, è possibile inserirne molti di più su una scheda rispetto ad altri approcci ai qubit. Ciò è importante, considerando il fatto che più qubit significa una maggiore potenza di calcolo del computer.

Il team di ricerca è stato in grado di fabbricare e operare quattro qubit in una matrice 2×2 su una singola scheda.

Ottenere la Comunicazione tra i Qubit

Secondo Anasua Chatterjee, uno degli obiettivi più importanti è quello di far comunicare i qubit tra loro.

“Ora che abbiamo alcuni qubit abbastanza buoni, il nome del gioco è collegarli in circuiti che possano operare numerosi qubit, mentre sono anche abbastanza complessi da poter correggere gli errori di calcolo quantistico”, dice Chatterjee. “Finora, la ricerca sui qubit di spin è arrivata al punto in cui i circuiti contengono matrici di 2×2 o 3×3 qubit. Il problema è che i loro qubit vengono trattati solo uno alla volta.”

Il circuito quantistico sviluppato dal team è realizzato con la sostanza semiconduttrice arseniuro di gallio e non è più grande della dimensione di un batterio.

Chatterjee è uno degli due autori principali dello studio.

“La cosa nuova e veramente significativa della nostra scheda è che possiamo operare e misurare simultaneamente tutti i qubit. Ciò non è mai stato dimostrato prima con i qubit di spin – né con molti altri tipi di qubit”, dice Chatterjee.

Per eseguire calcoli quantistici, è importante operare e misurare simultaneamente. I qubit sono molto sensibili e quando vengono misurati uno per uno, anche un piccolo rumore ambientale può alterare le informazioni quantistiche in un sistema.

“Per ottenere processori quantistici più potenti, dobbiamo non solo aumentare il numero di qubit, ma anche il numero di operazioni simultanee, che è esattamente ciò che abbiamo fatto”, dice il professore Kuemmeth.

Un altro grande ostacolo è che i 48 elettrodi di controllo della scheda devono essere regolati manualmente e devono essere continuamente mantenuti regolati. Ciò è un compito lungo e noioso per gli esseri umani, quindi il team sta ora cercando un modo per utilizzare algoritmi di ottimizzazione e apprendimento automatico per automatizzare il processo.