I qubit di carica ottengono una spinta mille volte superiore – Physics World

Alcuni ricercatori statunitensi hanno migliorato il tempo di coerenza dei bit quantistici di carica (qubit) di un fattore pari a 1000 grazie ai progressi nei materiali utilizzati per costruirli. Guidato da Dafei Jin del Centro Argonne per i materiali su nanoscala e David Scuster dell’Università di Stanford e dell’Università di Chicago, il team multiistituzionale ha anche dimostrato che è possibile leggere lo stato di questi qubit con una fedeltà del 98.1% – un valore che, secondo Jin, aumenterà ulteriormente con l’aiuto di tecnologie di lettura più sofisticate.

Il tempo di coerenza è di vitale importanza nell’ambito dell’informatica quantistica, poiché denota per quanto tempo un qubit può rimanere in una sovrapposizione di più stati prima che il rumore ambientale ne provochi la decoerenza o la perdita della sua natura quantistica. Durante questo periodo, un computer quantistico può eseguire calcoli complessi che i computer classici non possono.

Molti sistemi quantistici possono agire come qubit. Gli spin qubit, ad esempio, codificano le informazioni quantistiche nello spin di un elettrone o di un nucleo, che può essere su, giù o una sovrapposizione dei due. I qubit di carica, dal canto loro, rappresentano l’informazione quantistica attraverso la presenza o l’assenza di carica in eccesso su un elettrone contenuto nel sistema di qubit. Sono relativamente nuovi: membri della squadra ha creato il primo nel 2022 – e Jin afferma che presentano diversi vantaggi rispetto agli spin qubit.

"I qubit di carica in genere consentono velocità operative molto più elevate perché le cariche si accoppiano fortemente con i campi elettrici", spiega. “Ciò è vantaggioso rispetto agli spin qubit perché gli spin si accoppiano debolmente con i campi magnetici. I dispositivi qubit di carica sono generalmente molto più facili da fabbricare e utilizzare, perché la maggior parte delle infrastrutture di fabbricazione e funzionamento esistenti si basano su cariche e campi elettrici, piuttosto che su spin e campi magnetici. Spesso possono essere resi più compatti”.

Ultraclean è ultrasilenzioso

Jin spiega che i ricercatori hanno creato i loro qubit di carica intrappolando un elettrone all’interno di un punto quantico, che è un insieme di atomi su scala nanometrica che si comporta come una singola particella quantistica. Il punto quantico poggia su una superficie costituita da neon solido ed è posto nel vuoto.

Secondo Jin, questo ambiente ultrapulito è la chiave del successo dell’esperimento. Il neon, in quanto gas nobile, non forma legami chimici con altri elementi. Infatti, come sottolinea il team in a Fisica della natura articolo sulla ricerca, il neon in un ambiente a bassa temperatura e vicino al vuoto si condenserà in un solido semiquantico ultrapuro, privo di qualsiasi cosa che possa introdurre rumore nel qubit. Questa mancanza di rumore ha permesso al team di aumentare il tempo di coerenza del qubit di carica dai 100 nanosecondi tipici degli sforzi precedenti a 100 microsecondi.

Inoltre i ricercatori leggono lo stato di questi qubit Fedeltà al 98.1%. senza utilizzare un amplificatore a limitazione quantistica, che Jin descrive come “un dispositivo speciale posto a una temperatura molto bassa (nel nostro caso 10 millikelvin) che può amplificare segnali elettromagnetici deboli ma introdurre un rumore termico quasi pari a zero”. Poiché tali dispositivi migliorano la capacità di lettura, ottenere una fedeltà del 98.1% senza di essi è, afferma Jin, particolarmente impressionante. "Nei nostri esperimenti futuri, una volta che li utilizzeremo, la fedeltà della nostra lettura non potrà che aumentare molto", aggiunge.

Il prossimo traguardo

Anche se un aumento di mille volte del tempo di coerenza rappresenta già un notevole miglioramento rispetto ai precedenti sistemi di qubit di carica, i ricercatori si aspettano ancora di più in futuro. Secondo Jin, i calcoli teorici del team suggeriscono che il sistema di qubit di carica potrebbe raggiungere un tempo di coerenza di 1-10 millisecondi, che rappresenta un altro fattore di miglioramento di 10-100 rispetto ai valori attuali. Per realizzare ciò, però, gli scienziati dovranno ottenere un migliore controllo su ogni aspetto dell’esperimento, dalla progettazione e fabbricazione del dispositivo al controllo dei qubit.

Qubit spin di silicio prodotti su scala industriale

Oltre a ciò, Jin e colleghi continuano a cercare modi per migliorare ulteriormente il sistema.

"Il prossimo traguardo più importante è mostrare che due qubit di carica possono essere intrecciati insieme", afferma Jin. “Ci stiamo lavorando e abbiamo fatto molti progressi. Una volta raggiunto questo obiettivo, la nostra piattaforma qubit sarà pronta per il calcolo quantistico universale, anche se alcune prestazioni dettagliate potranno continuare a essere migliorate”.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/charge-qubits-get-a-thousand-fold-boost/