I ricercatori dell’UNSW hanno intrecciato i nuclei atomici tramite gli elettroni, ottenendo una comunicazione quantistica su scala compatibile con gli attuali chip dei computer, facendo avanzare l’informatica quantistica del silicio. Gli ingegneri dell’UNSW hanno sviluppato stati entangled quantistici utilizzando gli spin di due nuclei atomici. L’entanglement è fondamentale per i vantaggi dell’informatica quantistica rispetto ai sistemi convenzionali. Questa ricerca, pubblicata in Scienza il 18 settembre, rappresenta un passo avanti verso i computer quantistici su larga scala. L’autrice principale, la dott.ssa Holly Stemp, ha affermato che questo risultato consente la costruzione di futuri microchip per l’informatica quantistica utilizzando la tecnologia e i processi di produzione esistenti. Ha osservato: “Siamo riusciti a far comunicare tra loro gli oggetti quantistici più puliti e isolati, alla scala alla quale vengono attualmente fabbricati i dispositivi elettronici standard in silicio”. L’ingegneria informatica quantistica bilancia la protezione degli elementi informatici dalle interferenze con la possibilità della loro interazione per i calcoli. Questa sfida contribuisce alla diversità degli approcci hardware quantistici. Alcuni offrono velocità ma soffrono di rumore, mentre altri sono schermati ma difficili da utilizzare e scalare. Il team dell’UNSW ha utilizzato lo spin nucleare degli atomi di fosforo, impiantati in un chip di silicio, per codificare le informazioni quantistiche. Il professore di Scientia Andrea Morello della Scuola di Ingegneria Elettrica e Telecomunicazioni dell’UNSW ha descritto lo spin del nucleo atomico come “l’oggetto quantistico più pulito e isolato che si possa trovare allo stato solido”. Il professor Morello ha dettagliato il lavoro precedente del gruppo nell’arco di 15 anni, che ha comportato scoperte rivoluzionarie in questa tecnologia. Hanno dimostrato di conservare informazioni quantistiche per oltre 30 secondi e di eseguire operazioni di logica quantistica con errori inferiori all’1%. Ha affermato che sono stati “i primi al mondo a raggiungere questo obiettivo in un dispositivo di silicio”. Tuttavia, ha notato che l’isolamento a vantaggio dei nuclei atomici rende difficile collegarli in un processore quantistico su larga scala. In precedenza, il funzionamento di più nuclei atomici richiedeva che questi fossero molto vicini all’interno di un solido, circondati da un singolo elettrone. Il dottor Stemp ha spiegato che mentre un elettrone può “diffondersi” per interagire con più nuclei atomici, la sua portata è limitata. Ha aggiunto: “l’aggiunta di più nuclei allo stesso elettrone rende molto difficile controllare ciascun nucleo individualmente”. La svolta ha coinvolto i nuclei atomici che comunicavano attraverso “telefoni” elettronici, che sono elettroni. Il dottor Stemp ha utilizzato la metafora delle persone in una stanza insonorizzata, dove le conversazioni erano chiare ma di portata limitata. I “telefoni” consentono la comunicazione tra le stanze, creando interazioni più scalabili pur mantenendo l’isolamento. Mark van Blankenstein, un altro autore, ha spiegato che due elettroni possono “toccarsi” a distanza grazie alla loro capacità di espandersi. Se ciascun elettrone si accoppia a un nucleo atomico, i nuclei possono comunicare attraverso di essi. La distanza tra i nuclei negli esperimenti era di circa 20 nanometri. Il dottor Stemp ha sottolineato che se un nucleo fosse ridimensionato a dimensione umana, questa distanza sarebbe paragonabile a quella tra Sydney e Boston. Ha sottolineato che 20 nanometri è la scala dei moderni chip di silicio utilizzati nei personal computer e nei telefoni cellulari. Ciò significa che i processi di produzione sviluppati dall’industria dei semiconduttori possono essere adattati ai computer quantistici basati sugli spin dei nuclei atomici. Questi dispositivi sono compatibili con l’attuale produzione di chip per computer. Gli atomi di fosforo sono stati introdotti nel chip dal team del professor David Jamieson dell’Università di Melbourne, utilizzando il silicio ultrapuro del professor Kohei Itoh della Keio University in Giappone. Eliminando la necessità che i nuclei atomici siano attaccati allo stesso elettrone, il team dell’UNSW ha affrontato un ostacolo chiave alla scalabilità dei computer quantistici al silicio basati sui nuclei atomici. Il professor Morello ha descritto il loro metodo come “straordinariamente robusto e scalabile”. Ha aggiunto che in futuro si potrebbero utilizzare e modellare più elettroni per diffondere ulteriormente i nuclei. “Gli elettroni sono facili da spostare e da ‘massaggiare’ per dare forma, il che significa che le interazioni possono essere attivate e disattivate in modo rapido e preciso. Questo è esattamente ciò che è necessario per un computer quantistico scalabile.”
